DE102018102896B4

DE102018102896B4 - Beleuchtungssystem mit drahtloser Stromversorgung

Info

Publication number: DE102018102896B4
Application number: DE102018102896.2A
Authority: DE
Inventors: Fan Xin; Shaoping Chen; Shijun Nie
Original assignee: Ledvance GmbH
Current assignee: Ledvance GmbH
Priority date: 2017-02-16
Filing date: 2018-02-09
Publication date: 2019-05-16
Anticipated expiration: 2038-02-10
Also published as: DE102018102896A1; CN108463033A; US20180231194A1; US10677401B2

Abstract

Ein Beleuchtungssystem umfasst eine primäre Leuchte und eine sekundäre Leuchte jeweils mit einer Lichtquelle. Elektrische Leistung kann drahtlos über eine induktive drahtlose Leistungsübertragung von der primären zur sekundären Leuchte übertragen werden. Elektrische Leistung kann auch drahtlos über eine drahtlose RF-Leistungsübertragung von einem drahtlosen RF-Leistungssender zu beiden Leuchten übertragen werden. Energie kann in einem Energiespeichermittel gespeichert werden. So kann wahre drahtlose Beleuchtung erzielt werden.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem mit drahtloser Stromversorgung. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Beleuchtungssystem mit zwei Leuchten, wobei elektrische Leistung von einer Leuchte zur anderen übertragen werden kann.
Hintergrund
Das drahtlose Laden von elektronischen Geräten ist insbesondere für Smartphones und andere kleine elektronische Geräte bekannt, die entweder einen induktiven drahtlosen Leistungsempfänger enthalten oder an einen solchen Empfänger angeschlossen werden können. Wenn ein solches Gerät an einem entsprechenden induktiven drahtlosen Leistungssender positioniert wird, dann wird elektrische Leistung drahtlos vom induktiven drahtlosen Leistungssender zum induktiven drahtlosen Leistungsempfänger übertragen und zum Laden und/oder Betreiben des Gerätes benutzt. Induktive drahtlose Leistungsübertragung ist in ihrer Anwendbarkeit dahingehend begrenzt, dass die Spulen von Sender und Empfänger in Bezug zueinander ausgerichtet sein müssen. Induktive drahtlose Leistungssender können in Möbel und elektronische Geräte eingebaut werden.
Die US 2013/0175937 A1 lehrt ein drahtloses Stromversorgungssystem für Beleuchtung und offenbart eine einen drahtlosen Leistungssender enthaltende Basis mit einer Anordnung von Spulen, wobei Beleuchtungsvorrichtungen an der drahtlosen Basisstromversorgung platziert werden können.
Die WO 2012/056365 A2 offenbart eine drahtlose Stromversorgungseinheit insbesondere für einen Leuchtteppich.
Drahtlose Energieübertragung zwischen Leuchten ist auch aus der DE 20 2014 104 416 U1 , der WO 2015/162081 A2 und der US 8,310,175 B2 bekannt.
Bisher bekannten drahtlosen Stromversorgungssystemen fehlt jedoch die von vielen Benutzern gewünschte Flexibilität. Während es gewöhnlich egal ist, wo ein Benutzer sein Smartphone zum Laden hinlegt, können für Beleuchtungsvorrichtungen selbst geringfügige Positionsänderungen den von den Beleuchtungsgeräten erzielten Beleuchtungseffekt evtl. beeinflussen.
Zusammenfassung der Erfindung
Im Hinblick auf den bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Beleuchtungssystem bereitzustellen, das einen weitaus höheren Grad an Positionierungsflexibilität bietet.
Diese Aufgabe wird mit einem Beleuchtungssystem gemäß dem Hauptanspruch gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Nebenansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben.
Ein Beleuchtungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst wenigstens zwei Leuchten, eine primäre Leuchte und eine oder mehrere sekundäre Leuchten. Der Begriff „Leuchte“ wird zum Beschreiben eines elektrischen Geräts benutzt, das zum Erzeugen von künstlichem Licht mittels einer elektrischen Lampe benutzt wird. Einige Leuchten können an einer Wand oder einer Decke angebracht werden, während andere Leuchten auf eine Oberfläche, zum Beispiel einen Tisch oder Schreibtisch gestellt werden können. Leuchten werden umgangssprachlich häufig als „Lampen“ bezeichnet. Der Begriff „Lampe“ bedeutet jedoch im technischen Sinn die eigentliche Lichtquelle.
Eine primäre Leuchte des Beleuchtungssystems (zum Beispiel eine Tischlampe oder Schreibtischlampe) hat eine erste Lichtquelle und einen drahtlosen Induktionsleistungssender. Die ein oder mehreren sekundären Leuchten haben jeweils eine zweite Lichtquelle, ein Energiespeichermittel (zum Beispiel ein Akku, insbesondere ein Lithiumpolymer-(LiPo)-Akku) und einen drahtlosen Induktionsleistungsempfänger.
Das Beleuchtungssystem wird nachfolgend nur mit einer sekundären Leuchte beschrieben. Es ist zu verstehen, dass alle nachfolgend beschriebenen Merkmale und Konzepte gleichermaßen auch auf den Fall von mehr als einer sekundären Leuchte anwendbar sind.
Der in der primären Leuchte befindliche drahtlose Induktionsleistungssender und der in der sekundären Leuchte befindliche drahtlose Induktionsleistungsempfänger können zusammen betrieben werden, um elektrische Leistung von der primären Leuchte zur sekundären Leuchte zu übertragen. Diese drahtlose Induktionsleistungsübertragung entspricht der bekannten drahtlosen Induktionsleistungsübertragung und wird daher nicht ausführlich beschrieben.
Die sekundäre Leuchte kann von der primären Leuchte getrennt werden. Da die sekundäre Leuchte ein Energiespeichermittel umfasst, kann von der primären Leuchte zur sekundären Leuchte drahtlos übertragene elektrische Energie im Energiespeichermittel gespeichert werden. So kann die sekundäre Leuchte selbst dann betrieben werden, wenn sie von der primären Leuchte getrennt ist. Die sekundäre Leuchte muss nur zum Laden des Energiespeichermittels in eine Position gebracht werden, die eine drahtlose induktive Leistungsübertragung vom drahtlosen Induktionsleistungssender der primären Leuchte zum drahtlosen Induktionsleistungsempfänger der sekundären Leuchte zulässt.
Die sekundäre Leuchte kann somit als tragbare Beleuchtung, zum Beispiel als Schrankleuchte, Nachtlicht, Taschenlampe und atmosphärisches Licht (Stimmungslicht) benutzt werden. Demgemäß stellt das Beleuchtungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung mehr Flexibilität beim Wählen eines gewünschten Beleuchtungsszenarios bereit als zuvor bekannte Systeme.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Beleuchtungssystem ferner einen drahtlosen Radiofrequenz-(RF)-Leistungssender. Zusätzlich umfassen die primäre Leuchte und/oder die sekundäre Leuchte (mit anderen Worten wenigstens eine aus primärer Leuchte und sekundärer Leuchte) ferner einen drahtlosen RF-Leistungsempfänger. Der drahtlose RF-Leistungsempfänger ist so ausgelegt, dass er mit dem drahtlosen RF-Leistungssender zusammenwirkt und vom drahtlosen RF-Leistungssender gesendete Leistung drahtlos empfängt.
Es hat sich gezeigt, dass drahtlose RF-Leistungsübertragung über Entfernungen von bis zu 4,6 m (15 Fuß) ohne die mit induktiver drahtloser Leistungsübertragung assoziierte Direktivität arbeitet. Mit solchen drahtlosen RF-Leistungsübertragungssystemen können bis zu 2 W elektrische Leistung übertragen werden. Diese Technologie wird beispielsweise von Energous Corporation unter der Handelsmarke WattUp® bereitgestellt und ist beispielsweise im US-Patent 9,124,125 B2 und in der US-Patentanmeldung 2016/100312 A1 beschrieben. Diese Dokumente sind hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit vollständig eingeschlossen.
Je nach Lichtquelle (und insbesondere für eine LED-Lichtquelle) können 2 W genügend Leistung zum Betreiben der Lichtquelle sein.
Ferner erhöht die Verwendung eines drahtlosen RF-Leistungsübertragungssystems die Flexibilität beim Positionieren der Leuchten des Beleuchtungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Da elektrische Leistung vom drahtlosen RF-Leistungssender zur primären Leuchte sowie zur sekundären Leuchte übertragen werden kann, können beide Leuchten frei von Beschränkungen wie Netzsteckdosenposition, Kabellänge, relative Position von Induktionsspulen usw., wie sie im Stand der Technik vorliegen, platziert werden.
Das Übertragen von bis zu 2 W elektrischer Leistung durch drahtlose RF-Leistungsübertragung, wie oben erwähnt, reicht insbesondere für eine als Schrankbeleuchtung, Nachtlicht, Taschenlampe und atmosphärisches Licht (Stimmungslicht) gedachte Leuchte aus, wie dies insbesondere für die sekundäre Leuchte vorgesehen ist.
Wenn eine der Leuchten als Schreibtischlampe oder als Tischlampe benutzt werden soll, wie dies insbesondere für die primäre Leuchte vorgesehen ist, dann reichen 2 W elektrische Leistung evtl. nicht aus, um eine gewünschte Helligkeit selbst mit LEDs zu erzielen. Bei Verwendung der derzeit modernsten LEDs wird gewöhnlich eine elektrische Leistung von etwa 6 W bis etwa 10 W benötigt. Um mehr als 2 W elektrische Leistung zu übertragen, sind mehrere Ansätze möglich, einschließlich die der nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausgestaltungen.
In einer solchen bevorzugten Ausgestaltung umfasst der drahtlose RF-Leistungsempfänger der primären Leuchte und/oder sekundären Leuchte zwei oder mehr drahtlose RF-Leistungsempfängereinheiten. Jede der drahtlosen RF-Leistungsempfängereinheiten kann zum drahtlosen Empfangen von bis zu 2 W elektrische Leistung ausgelegt werden. Die entsprechende Leuchte umfasst ferner eine Energiespeichereinheit (zum Beispiel einen Kondensator) zum Kombinieren und Speichern der von den drahtlosen RF-Leistungsempfängereinheiten drahtlos empfangenen elektrischen Leistung. Die drahtlosen RF-Leistungsempfängereinheiten werden vorzugsweise parallel zur Energiespeichereinheit geschaltet. Die Leuchte umfasst ferner einen Gleichstromwandler zum Umwandeln des von der Energiespeichereinheit bereitgestellten Stroms in einen zum Betreiben der Lichtquelle geeigneten Strom. So können mehr als 2 W elektrische Leistung vom drahtlosen RF-Leistungssender zur Leuchte übertragen werden.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung umfasst der drahtlose RF-Leistungsempfänger der primären Leuchte und/oder der sekundären Leuchte zwei oder mehr drahtlose RF-Leistungsempfängereinheiten. Die Leuchte umfasst ferner zwei oder mehr Gleichstromwandler und zwei oder mehr Lichtquellen. Jeder Gleichstromwandler ist mit einer oder mehreren Lichtquellen assoziiert und jeder Gleichstromwandler ist mit einer der drahtlosen RF-Leistungsempfängereinheiten assoziiert. So kann jeder Gleichstromwandler zum Umwandeln eines Ausgangsstroms der assoziierten drahtlosen RF-Empfängereinheit in einen zum Betreiben der assoziierten Lichtquellen geeigneten Strom betrieben werden. Die Beleuchtungseinheit der Leuchte (die die drahtlosen RF-Leistungsempfängereinheiten, die Gleichstromwandler und die Lichtquellen umfasst) kann im Wesentlichen als mehrere unabhängige Beleuchtungsuntereinheiten gesehen werden, die zusammen die volle Beleuchtung der Leuchte bereitstellen. Demgemäß können mehr als 2 W elektrische Leistung vom drahtlosen RF-Leistungsempfänger zur Leuchte übertragen werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung können der drahtlose RF-Leistungssender und der drahtlose RF-Leistungsempfänger (oder drahtlose RF-Leistungsempfängereinheiten) in einem Frequenzbereich zwischen etwa 2,4 GHz und etwa 5,8 GHz betrieben werden. Es hat sich gezeigt, dass dieser Frequenzbereich für die drahtlose RF-Leistungsübertragung besonders geeignet ist.
In Ausgestaltungen, in denen die Lichtquelle der primären und/oder sekundären Leuchte mit 2 W oder weniger betrieben werden kann, kann die drahtlos übertragene elektrische Leistung direkt zum Betreiben der Lichtquelle benutzt werden. Die Leuchte umfasst jedoch vorzugsweise ein Energiespeichermittel, zum Beispiel ein Akku, insbesondere ein LiPo-Akku. Der typische Spannungsbereich für LiPo-Akkus liegt zwischen etwa 2,5 V und etwa 4,2 V. Um den Betrieb der Lichtquelle während des Ladens und Entladens des Energiespeichermittels stabil zu halten, kann ein Leistungswandler zum Umwandeln der vom drahtlosen Leistungsempfänger empfangenen elektrischen Leistung vorgesehen werden. Vorzugsweise ist die Ausgangsleistung des Leistungswandlers zum Laden des Energiespeichermittels und/oder zum Betreiben der zweiten Lichtquellen geeignet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung hat der Leistungswandler eine Buck/Boost-Topologie, zum Beispiel Buck-Boost, Cuk, Zeta, Sepic oder eine andere geeignete Topologie.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die primäre Leuchte ferner einen elektrischen Eingang für Netzstrom und einen AC/DC-Stromversorgungsschaltkreis zum Umwandeln des Netzstroms in Gleichstrom, der zum Betreiben des induktiven drahtlosen Leistungssenders und der ersten Lichtquelle geeignet ist. Eine mit einem Netzstromeingang und einem entsprechenden Stromversorgungsschaltkreis ausgestattete primäre Leuchte erlaubt den Betrieb der Leuchte mit Netzstrom, wenn dieser verfügbar und geeignet ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfassen die primäre Leuchte und die sekundäre Leuchte jeweils einen Steuerschaltkreis zum Auswählen der zum Betreiben der jeweiligen Leuchte benutzten Energiequelle. Für eine mit Netzstromeingang und drahtlosem RF-Leistungsempfänger ausgestattete Leuchte kann der Steuerschaltkreis die Leuchte mit Netzstrom betreiben, solange die Leuchte in die Netzsteckdose eingesteckt ist, selbst wenn drahtlose RF-Leistungsübertragung verfügbar ist. Sobald die primäre Leuchte vom Netzstrom getrennt wird, schaltet der Steuerschaltkreis in einen Zustand, in dem die Leuchte drahtlos über den drahtlosen RF-Leistungsempfänger mit elektrischer Leistung versorgt wird.
Für eine sekundäre Leuchte, die mit induktivem drahtlosem Leistungsempfänger und drahtlosem RF-Leistungsempfänger ausgestattet ist, kann der Steuerschaltkreis die Leuchte mit drahtlos vom induktiven drahtlosen Leistungsempfänger empfangener elektrischer Leistung betreiben (zum Beispiel, solange die sekundäre Leuchte geeignet mit Bezug auf die primäre Leuchte positioniert ist). Wenn die sekundäre Leuchte von ihrer Position an oder nahe der primären Leuchte entfernt wird, dann schaltet der Steuerschaltkreis in einen Zustand, in dem die Leuchte drahtlos mit elektrischer Leistung über den drahtlosen RF-Leistungsempfänger versorgt wird.
Während die Erfindung in der obigen Beschreibung so beschrieben wurde, dass elektrische Leistung drahtlos zu einer Leuchte übertragen wird, können die drahtlosen Leistungssender (d.h. der induktive drahtlose Leistungssender der primären Leuchte und/oder der drahtlose RF-Leistungssender) zusätzlich zum Übertragen von elektrischer Leistung zu anderen elektronischen Geräten benutzt werden, die mit entsprechenden drahtlosen Leistungsempfängern ausgestattet sind, wie Mobiltelefone, eine elektrische Zahnbürste, drahtlose (z.B. Bluetooth) Ohrhöher.
Figurenliste
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die Begleitzeichnungen beschrieben. Dabei zeigt:

1 eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausgestaltung eines Beleuchtungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Ansicht einer ersten Ausgestaltung des drahtlosen RF-Leistungsübertragungsteils der primären Leuchte;
3 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausgestaltung des drahtlosen RF-Leistungsübertragungsteils der primären Leuchte;
4 eine schematische Ansicht des Designs eines Beleuchtungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung; und
5a-5d Schaltpläne, die Leistungswandlerschaltkreise jeweils mit einer Buck-Boost, Cuk, Zeta und Sepic Topologie zeigen.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Nachfolgend werden bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Dieselben oder ähnliche Elemente oder Elemente mit demselben Effekt erhielten in mehreren Zeichnungen dieselben Bezugsziffern. Auf eine Wiederholung der Beschreibung solcher Elemente wurde verzichtet, um redundante Beschreibungen zu verhindern.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausgestaltung eines Beleuchtungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Beleuchtungssystem umfasst eine primäre Leuchte 10 und eine sekundäre Leuchte 20. Die primäre Leuchte 10 kann als Schreibtischlampe benutzt werden. Die primäre Leuchte 10 ist mit einer Lichtquelle 11 versehen, die eine oder mehrere LEDs umfasst. Die primäre Leuchte 10 kann durch Netzstrom AC1 mit elektrischer Leistung versorgt werden, wenn das Stromkabel 12 in eine Netzsteckdose eingesteckt wird. Ein AC/DC-Stromversorgungsschaltkreis 13 wandelt dann den Netzstrom in Gleichstrom um, der für den Betrieb der primären Leuchte 10 geeignet ist.
Alternativ kann die primäre Leuchte 10 mittels drahtloser RF-Leistungsübertragung mit elektrischer Leistung versorgt werden. Ein drahtloser RF-Leistungsempfänger 14, der in der primären Leuchte 10 enthalten ist, kann von einem drahtlosen RF-Leistungssender 30 drahtlos übertragene elektrische Leistung empfangen.
Der drahtlose RF-Leistungssender 30 ist mit Netzstrom AC2 verbunden. Der drahtlose RF-Leistungssender 30 kann mit einem Stromkabel 31 ausgestattet sein, das in eine Netzsteckdose eingesteckt werden kann. Alternativ kann der drahtlose RF-Leistungssender 30 mit elektrischem Anschluss an Netzstrom fest installiert sein. Zum Beispiel kann der drahtlose RF-Leistungssender 30 Teil einer fest installierten Leuchte sein oder eine solche enthalten.
Falls notwendig, kann die primäre Leuchte 10 mit einem Gleichstromwandler 15 zum Umwandeln des entweder vom drahtlosen RF-Leistungsempfänger 14 oder vom AC/DC-Stromversorgungsschaltkreis 13 gelieferten Stroms in einen zum Betreiben der Lichtquelle 11 geeigneten Strom versehen sein.
Ferner ist in der primären Leuchte 10 ein induktiver drahtloser Leistungssender 16 enthalten, der eine Spule 17 umfasst. Der induktive drahtlose Leistungssender 16 ist elektrisch mit dem AC/DC-Stromversorgungsschaltkreis 13 verbunden und kann zum drahtlosen Übertragen von Leistung z.B. zu einer sekundären Leuchte 20 des Beleuchtungssystems benutzt werden. Der induktive drahtlose Leistungssender 16 könnte auch zum drahtlosen Übertragen von Leistung zu einem anderen elektronischen Gerät 40 benutzt werden, das mit einem induktiven drahtlosen Leistungsempfänger ausgestattet ist. Das elektronische Gerät 40 ist nicht Teil des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems, aber in 1 enthalten, um einen zusätzlichen Vorteil des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems zu demonstrieren.
Die sekundäre Leuchte 20 umfasst einen induktiven drahtlosen Leistungsempfänger 26, der mit dem induktiven drahtlosen Leistungsempfänger 16 der primären Leuchte 10 kompatibel ist und das drahtlose Empfangen von durch den induktiven drahtlosen Leistungssender 16 übertragener elektrischer Leistung zulässt.
Alternativ kann elektrische Leistung mittels drahtloser RF-Leistungsübertragung zur sekundären Leuchte 20 übertragen werden. Ein in der sekundären Leuchte 20 enthaltener drahtloser RF-Leistungsempfänger 24 kann vom drahtlosen RF-Leistungssender 30 drahtlos übertragene elektrische Leistung empfangen.
Zur sekundären Leuchte 20 drahtlos übertragene elektrische Leistung wird, falls erforderlich, vom Leistungswandler 25 umgewandelt und entweder im Energiespeichermittel 28 wie einem LiPo-Akku gespeichert oder zum direkten Betreiben der Lichtquelle 21 der sekundären Leuchte 20 benutzt.
Die Lichtquelle 21 der sekundären Leuchte 20 umfasst eine oder mehrere LEDs.
Zum Laden des Energiespeichermittels 28 kann elektrische Leistung über induktive drahtlose Leistungsübertragung zur sekundären Leuchte 20 übertragen werden, wenn die primäre Leuchte 10 und die sekundäre Leuchte 20 relativ zueinander so positioniert sind, dass die jeweiligen Spulen 17 und 27 des induktiven drahtlosen Leistungssenders 16 und des induktiven drahtlosen Leistungsempfängers 26 geeigneterweise nebeneinander angeordnet sind, oder elektrische Leistung kann mittels drahtloser RF-Leistungsübertragung zur sekundären Leuchte 20 übertragen werden.
Wenn das Energiespeichermittel 28 wenigstens teilweise geladen ist, dann kann die sekundäre Leuchte 20 als tragbare Lampe (falls nötig nach dem Trennen von der primären Leuchte 10) selbst an solchen Orten benutzt werden, an denen keine drahtlose RF-Leistungsübertragung zur Verfügung steht.
2 zeigt eine schematische Ansicht einer ersten Ausgestaltung des drahtlosen RF-Leistungsübertragungsteils der primären Leuchte 10, die es zulässt, dass mehr als 2 W elektrische Leistung per drahtloser RF-Leistungsübertragung übertragen wird. Andere Teile der primären Leuchte 10 sind in dieser Zeichnung nicht zu sehen, können aber natürlich trotzdem vorhanden sein.
Der drahtlose RF-Leistungsempfänger umfasst mehrere drahtlose RF-Leistungsempfängereinheiten 14a, 14b, ..., 14n. Jede der drahtlosen RF-Leistungsempfängereinheiten 14a, 14b, ..., 14n kann bis zu 2 W elektrische Leistung empfangen. Die von den drahtlosen RF-Leistungsempfängereinheiten 14a, 14b, ..., 14n empfangene Leistung kann in einer Energiespeichereinheit 18 (hier als Kondensator dargestellt) gespeichert werden, mit der die drahtlosen RF-Leistungsempfängereinheiten 14a, 14b, ..., 14n parallel geschaltet sind. Die Leuchte 10 umfasst ferner einen Gleichstromwandler 15 zum Umwandeln des von der Energiespeichereinheit 18 bereitgestellten Stroms in einen Strom, der zum Betreiben der Lichtquelle 11 geeignet ist. Es kann zwar jede Anzahl von drahtlosen RF-Leistungsempfängereinheiten 14a, 14b, ..., 14n benutzt werden, aber die Verwendung von 3, 4 oder 5 drahtlosen RF-Leistungsempfängereinheiten 14a, 14b, ..., 14n (zum Übertragen von etwa 6 W bis etwa 10 W) wird besonders bevorzugt.
3 zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten Ausgestaltung des drahtlosen RF-Leistungsübertragungsteils der primären Leuchte 10, die das Übertragen von mehr als 2 W elektrische Leistung per drahtloser RF-Leistungsübertragung zulässt. Andere Teile der primären Leuchte 10 sind in dieser Zeichnung nicht dargestellt, können aber natürlich trotzdem vorhanden sein.
In dieser Ausgestaltung umfasst der drahtlose RF-Leistungsempfänger mehrere drahtlose RF-Leistungsempfängereinheiten 14a, 14b, ..., 14n. Jede der drahtlosen RF-Leistungsempfängereinheiten 14a, 14b, ..., 14n kann bis zu 2 W elektrische Leistung empfangen. Jede drahtlose RF-Leistungsempfängereinheit 14a, 14b, ..., 14n ist mit einem assoziierten Gleichstromwandler 15a, 15b, ..., 15n assoziiert, der wiederum mit einer assoziierten Lichtquelle 11a, 11b, ..., 11n verbunden ist. Der Ausgangsstrom jeder drahtlosen RF-Leistungsempfängereinheit 14a, 14b, ..., 14n wird vom jeweiligen Gleichstromwandler 15a, 15b, ..., 15n in einen Strom umgewandelt, der zum Betreiben der jeweiligen Lichtquelle 11a, 11b, ..., 11n geeignet ist. Es kann zwar jede Anzahl von drahtlosen RF-Leistungsempfängereinheiten 14a, 14b, ..., 14n benutzt werden, aber die Verwendung von 3, 4 oder 5 drahtlosen RF-Leistungsempfängereinheiten 14a, 14b, ..., 14n (zum Übertragen von etwa 6 W bis etwa 10 W) und demgemäß derselben Anzahl von Gleichstromwandlern 15a, 15b, ..., 15n und Lichtquellen 11a, 11b, ..., 11n wird besonders bevorzugt.
4 zeigt eine schematische Ansicht eines beispielhaften Designs eines Beleuchtungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Die primäre Leuchte 10 dieses Designs ist eine Schreibtischlampe, deren Lichtquelle 11 in einem Schirm am Ende eines verstellbaren Arms angeordnet ist. Die Basis der Schreibtischlampe kann die weiteren elektronischen Komponenten wie den AC/DC-Stromversorgungsschaltkreis, den drahtlosen RF-Leistungsempfänger, den drahtlosen Induktionsleistungssender usw. enthalten.
Die Basis kann ferner eine Aussparung enthalten, in die die sekundäre Leuchte 20 eingesetzt werden kann. Die sekundäre Leuchte 20 ist eine kleine tragbare Lampe mit einer glühbirnenähnlichen transluzenten Abdeckung, die die Lichtquelle enthält, und einem Gehäuseteil, der die weiteren elektronischen Komponenten wie den drahtlosen RF-Leistungsempfänger, den drahtlosen Induktionsleistungsempfänger, den Leistungswandler, den Akku usw. enthält.
Wenn die sekundäre Leuchte 20 in die Aussparung in der Basis der primären Leuchte 10 eingesetzt wird, dann befinden sich die jeweiligen Spulen des drahtlosen induktiven Leistungssenders und -empfängers nebeneinander, so dass elektrische Leistung drahtlos von der primären Leuchte 10 zur sekundären Leuchte 20 übertragen werden kann. Wenn die sekundäre Leuchte 20 aus der Aussparung in der Basis der primären Leuchte 10 entfernt wird, dann kann die Lichtquelle der sekundären Leuchte 20 entweder mit dem Akku oder mit vom drahtlosen RF-Leistungsempfänger empfangener drahtlos übertragener Leistung betrieben werden.
Die 5a-5d veranschaulichen Schaltpläne, die Leistungswandlerschaltungen jeweils mit einer Buck-Boost, Cuk, Zeta bzw. Sepic Topologie zeigen. Diese Leistungswandlerschaltungen können zum Umwandeln der vom RF- und/oder induktiven drahtlosen Leistungsempfänger empfangenen elektrischen Leistung in Leistung benutzt werden, die zum Laden des Energiespeichermittels und/oder zum Betreiben der Lichtquellen geeignet ist.
In dem in 5a gezeigten Buck-Boost-Leistungswandlerschaltkreis sind ein Schaltbauelement Q1 (z.B. ein MOSFET) und eine Induktivität L1 zwischen beiden Polen des Eingangs DC in Serie geschaltet, wobei das Schaltbauelement Q1 mit der positiven Seite des Eingangs DC und die Induktivität L1 mit der negativen Seite des Eingangs DC verbunden sind. Eine Diode D1 ist mit ihrer Kathode zwischen dem Schaltbauelement Q1 und der Induktivität L1 geschaltet. Ein Ausgangskondensator C1 ist mit einer Elektrode mit der Anode der Diode D1 und mit der anderen Elektrode mit der negativen Seite des Eingangs DC verbunden. Eine LED der Lichtquelle kann dann parallel zum Ausgangskondensator C1 der Buck-Boost-Leistungswandlerschaltung parallel geschaltet werden, wobei ihre Anode mit der negativen Seite des Eingangs DC verbunden ist.
In dem in 5b gezeigten Cuk-Leistungswandlerschaltkreis sind eine Induktivität L1 und ein Schaltbauelement Q1 (z.B. ein MOSFET) in Serie zwischen beiden Polen des Eingangs DC geschaltet, wobei die Induktivität L1 mit der positiven Seite des Eingangs DC verbunden ist und das Schaltbauelement Q1 mit der negativen Seite des Eingangs DC verbunden ist. Ein Kondensator C1 ist mit einer Elektrode zwischen der Induktivität L1 und dem Schaltbauelement Q1 geschaltet. Eine Diode D1 ist mit ihrer Anode mit der anderen Elektrode des Kondensators C1 verbunden, ihre Kathode ist mit der negativen Seite des Eingangs DC verbunden. Eine Induktivität L2 ist mit einer Seite mit der Anode der Diode D1 verbunden. Ein Ausgangskondensator C2 ist mit einer Elektrode mit der Induktivität L2 verbunden und mit der anderen Elektrode mit der negativen Seite des Eingangs DC verbunden. Eine LED der Lichtquelle kann dann parallel zum Ausgangskondensator C1 des Cuk-Leistungswandlerschaltkreises geschaltet werden, wobei die Anode mit der negativen Seite des Eingangs DC verbunden ist.
In dem in 5c gezeigten Zeta-Leistungswandlerschaltkreis sind ein Schaltbauelement Q1 (z.B. ein MOSFET) und eine Induktivität L1 in Serie zwischen beiden Polen des Eingangs DC geschaltet, wobei das Schaltbauelement Q1 mit der positiven Seite des Eingangs DC verbunden ist und die Induktivität L1 mit der negativen Seite des Eingangs DC verbunden ist. Ein Kondensator C1 ist mit einer Elektrode zwischen der Induktivität L1 und dem Schaltbauelement Q1 geschaltet. Eine Diode D1 ist mit ihrer Kathode mit der anderen Elektrode des Kondensators C1 verbunden und ihre Anode ist mit der negativen Seite des Eingangs DC verbunden. Eine Induktivität L2 ist mit einer Seite mit der Kathode der Diode D1 verbunden. Ein Ausgangskondensator C1 ist mit einer Elektrode mit der Induktivität L2 verbunden und mit der anderen Elektrode mit der negativen Seite des Eingangs DC verbunden. Eine LED der Lichtquelle kann dann parallel zum Ausgangskondensator C1 des Zeta-Leistungswandlerschaltkreises geschaltet werden, wobei ihre Kathode mit der negativen Seite des Eingangs DC verbunden ist.
In dem in 5d gezeigten Sepic-Leistungswandlerschaltkreis sind eine Induktivität L1 und ein Schaltbauelement Q1 (z.B. ein MOSFET) in Serie zwischen beiden Polen des Eingangs DC geschaltet, wobei die Induktivität L1 mit der positiven Seite des Eingangs DC verbunden ist und das Schaltbauelement Q1 mit der negativen Seite des Eingangs DC verbunden ist. Ein Kondensator C1 ist mit einer Elektrode zwischen der Induktivität L1 und dem Schaltbauelement Q1 geschaltet. Eine Induktivität L2 ist mit einer Seite mit der anderen Elektrode des Kondensators C1 und mit der anderen Seite mit der negativen Seite des Eingangs DC verbunden. Eine Diode D1 ist mit ihrer Anode zwischen dem Kondensator C1 und der Induktivität L2 geschaltet. Ein Ausgangskondensator C2 ist mit einer Elektrode mit der Kathode der Diode D1 und mit der anderen Elektrode mit der negativen Seite des Eingangs DC verbunden. Eine LED der Lichtquelle kann dann parallel zum Ausgangskondensator C2 des Sepic-Leistungswandlerschaltkreises parallel geschaltet werden, wobei ihre Kathode mit der negativen Seite des Eingangs DC verbunden ist.
Die Ausgangsleistung von diesen Leistungswandlerschaltkreisen kann durch den Arbeitszyklus des Schaltbauelements Q1 in Abhängigkeit von der Eingangsleistung bestimmt werden. Der genaue Betrieb dieser Leistungswandlerschaltkreise ist der Fachperson bekannt und wird hier nicht wiederholt.
Die Begriffe „drahtlose Leistungsübertragung“ und „drahtlose Übertragung von Leistung“ (und Variationen davon) werden in der vorliegenden Offenbarung als Synonyme verwendet.
Die Erfindung wurde zwar ausführlich durch die oben erläuterten Ausführungsformen illustriert und beschrieben, sie ist aber nicht auf diese Ausgestaltungen begrenzt. Andere Variationen können von der Fachperson abgeleitet werden, ohne vom durch die nachfolgenden Ansprüche definierten Schutzumfang abzuweichen.
Im Allgemeinen kann „ein/e/r“ als Singular oder Plural verstanden werden, insbesondere mit der Bedeutung „wenigstens eins“, „eins oder mehr“ usw., wenn dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird, zum Beispiel durch den Begriff „genau eins“, usw.
In den Ausführungsformen gezeigte Merkmale können kombiniert oder ersetzt werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste

10: primäre Leuchte
11: erste Lichtquelle
12: elektrischer Eingang für Netzstrom
13: AC/DC-Stromversorgungsschaltkreis
14: drahtloser RF-Leistungsempfänger
15: Gleichstromwandler
16: drahtloser Induktionsleistungssender
17: Spule
18: Energiespeichereinheit
20: sekundäre Leuchte
21: zweite Lichtquelle
24: drahtloser RF-Leistungsempfänger
25: Leistungswandler
26: drahtloser Induktionsleistungsempfänger
27: Spule
28: Energiespeichermittel
30: drahtloser RF-Leistungssender
40: elektronisches Gerät mit drahtlosem Induktionsleistungsempfänger

Claims

Beleuchtungssystem, das Folgendes umfasst: eine primäre Leuchte (10) mit einer ersten Lichtquelle (11) und einem drahtlosen Induktionsleistungssender (16), und eine oder mehrere sekundäre Leuchten (20) jeweils mit einer zweiten Lichtquelle (21), einem Energiespeichermittel (28) und einem drahtlosen Induktionsleistungsempfänger (26), wobei der drahtlose Induktionsleistungssender (16) und die ein oder mehreren drahtlosen Induktionsleistungsempfänger (26) zum Übertragen von elektrischer Leistung von der primären Leuchte (10) zu den ein oder mehreren sekundären Leuchten (20) betrieben werden können, wobei die ein oder mehreren sekundären Leuchten (20) von der primären Leuchte (10) getrennt werden kann/können.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, das ferner einen drahtlosen RF-Leistungssender (30) umfasst, wobei die primäre Leuchte (10) und/oder die ein oder mehreren sekundären Leuchten (20) ferner einen drahtlosen RF-Leistungsempfänger (14, 24) umfassen.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 2, wobei der drahtlose RF-Leistungsempfänger (14) zwei oder mehr drahtlose RF-Leistungsempfängereinheiten (14a, 14b, ..., 14n) umfasst, wobei die Leuchte mit dem drahtlosen RF-Leistungsempfänger (14) eine Energiespeichereinheit (18) und einen Gleichstromwandler (15) zum Umwandeln des von der Energiespeichereinheit (18) bereitgestellten Stroms in einen zum Betreiben der Lichtquelle (11) geeigneten Strom umfasst.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 2, wobei der drahtlose RF-Leistungsempfänger (14) zwei oder mehr drahtlose RF-Leistungsempfängereinheiten (14a, 14b, ..., 14n) umfasst, wobei die Leuchte mit dem drahtlosen RF-Leistungsempfänger (14) zwei oder mehr Gleichstromwandler (15a, 15b, ..., 15n) und zwei oder mehr Lichtquellen (11a, 11b, ..., 11n) umfasst, wobei jeder Gleichstromwandler (15a, 15b, ..., 15n) mit einer oder mehreren Lichtquellen (11a, 11b, ..., 11n) assoziiert ist, wobei jeder Gleichstromwandler (15a, 15b, ..., 15n) mit einer der drahtlosen RF-Leistungsempfängereinheiten (14a, 14b, ..., 14n) assoziiert ist und zum Umwandeln eines Ausgangsstroms der drahtlosen RF-Leistungsempfängereinheit (14a, 14b, ..., 14n) in einen zum Betreiben der assoziierten Lichtquellen (11a, 11b, ..., 11n) geeigneten Strom betrieben werden kann.
Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 2-4, wobei der drahtlose RF-Leistungssender (30) und die ein oder mehreren drahtlosen RF-Leistungsempfänger (14, 24) in einem Frequenzbereich zwischen etwa 2,4 GHz und etwa 5,8 GHz betrieben werden können.
Beleuchtungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die ein oder mehreren sekundären Leuchten (20) ferner einen Leistungswandler (25) zum Umwandeln der von den ein oder mehreren drahtlosen Leistungsempfängern (24, 26) empfangenen elektrischen Leistung umfassen, so dass sie zum Laden des Energiespeichermittels (28) und/oder zum Betreiben der ein oder mehreren zweiten Lichtquellen (21) geeignet ist.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 5, wobei der Leistungswandler (25) eine Buck/Boost-Topologie hat.
Beleuchtungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die primäre Leuchte (10) ferner einen elektrischen Eingang (12) für Netzstrom und einen AC/DC-Leistungsversorgungsschaltkreis (13) zum Umwandeln des Netzstroms in Gleichstrom umfasst, der zum Betreiben des induktiven drahtlosen Leistungssenders (16) und der ersten Lichtquelle (11) geeignet ist.
Beleuchtungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die primäre Leuchte (10) und die ein oder mehreren sekundären Leuchten (20) jeweils einen Steuerschaltkreis zum Auswählen der zum Betreiben der jeweiligen Leuchte (10, 20) benutzten Leistungsquelle umfasst.
Beleuchtungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Energiespeichermittel (28) der ein oder mehreren sekundären Leuchten (20) ein Akku ist.
Beleuchtungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Lichtquelle (11) und/oder die ein oder mehreren zweiten Lichtquellen (21) jeweils eine oder mehrere Halbleiterlichtquellen umfassen.