DE102020000077A1

DE102020000077A1 - Energie-erntevorrichtungen, energie-sendevorrichtung zum betreiben einer energie-erntevorrichtung, beleuchtungsvorrichtung und erfassungsstruktur

Info

Publication number: DE102020000077A1
Application number: DE102020000077.0A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-02-06
Filing date: 2020-01-07
Publication date: 2020-08-06

Abstract

Es wird eine Energie-Erntevorrichtung (106) bereitgestellt aufweisend: eine Vielzahl von Antennenelementen (108, 110), die jeweils zum Aufnehmen eines drahtlosen Signals (112, 114) eines Frequenzbereiches eingerichtet sind, wobei zwischen den Antennenelementen ein Abstand (120, 122) vorgesehen ist; eine Gleichrichtervorrichtung (124), die mit den Antennenelementen (108, 110) gekoppelt ist und eingerichtet ist, einen Strom (128) aus dem drahtlosen Signal (112, 114) bereitzustellen.

Description

Verschiedene Ausführungsformen betreffen Energie-Erntevorrichtungen, eine Energie-Sendevorrichtung zum Betreiben einer Energie-Erntevorrichtung, eine Beleuchtungsvorrichtung und eine Erfassungsstruktur.
Flächige Allgemeinbeleuchtungen zur Beleuchtung von geschlossenen Räumen, beispielsweise eine Fahrzeugkabine, ein Wohn- oder Büroraum; und offenen Bereichen, beispielsweise eine Straße oder ein Platz, mittels eines Leuchtmittels sind herkömmlich drahtgebunden. Dabei wird der für den Betrieb des Leuchtmittels erforderliche Betriebsstrom durch ein Kabel zugeführt, dessen Verlegung arbeits- und kostenintensiv ist. Der Betriebsstrom wird von einem Stromnetz bereitgestellt, beispielsweise dem öffentlichen Stromnetz oder einer Fotovoltaik-Anlage.
Freistehende Beleuchtungsvorrichtungen mit Fotovoltaik-Anlagen ohne Anbindung zu einem öffentlichen Stromnetz, sind für den Außenbereichen bekannt, beispielsweise als Solar-betriebene Gartenbeleuchtung. Der Betrieb der herkömmlichen, freistehenden Beleuchtungsvorrichtungen ist jedoch abhängig von Wetterbedingungen, beispielsweise der Sonneneinstrahlung, und für den Einsatz im Freigelände ausgelegt - nicht jedoch für geschlossene Räume, beispielsweise als Deckenbeleuchtung eines Raumes.
Weiterhin ist eine Beleuchtungsvorrichtung bekannt, bei der ein Leuchtmittel mittels Induktion mit einem Betriebsstrom versorgt wird. Hierbei ist das Leuchtmittel an eine vorgegebene Position für die Energieübertragung gebunden, beispielsweise an die unmittelbare Nähe zu einer Basisstation. Der Abstand zwischen Basisstation und Leuchtmittel beträgt während des Betriebs wenige mm bis cm.
Die bekannten Technologien zur drahtlosen Bestromung von Beleuchtungsvorrichtungen sind jedoch nicht effizient oder stark genug, um diese großflächig bzw. in geschlossenen Räumen kommerziell zu verwenden und/oder das Leuchtmittel frei im Raum anzuordnen.
In verschiedenen Ausführungsformen werden Energie-Erntevorrichtungen, eine Energie-Sendevorrichtung zum Betreiben einer Energie-Erntevorrichtung, ein elektrisches Bauelement und ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bauelements bereitgestellt, die es ermöglichen, Hochfrequenz (HF)-Wellen als Energiequellen für elektrische Geräte, beispielsweise Leuchtmittel oder andere elektrische Kleingeräte, zu verwenden.
In einem Aspekt wird eine Energie-Erntevorrichtung bereitgestellt, aufweisend: eine Vielzahl von Antennenelementen, die jeweils zum Aufnehmen eines drahtlosen Signals eines Frequenzbereiches eingerichtet sind, wobei zwischen den Antennenelementen ein Abstand vorgesehen ist; eine Gleichrichtervorrichtung, die mit den Antennenelementen gekoppelt ist und eingerichtet ist, einen Strom aus dem drahtlosen Signal bereitzustellen. Dies ermöglicht eine verbesserte Energieerzeugung, da drahtlos übertragene, hochfrequente (HF)-Signale in Energie umgewandelt werden können. Die Vielzahl der Antennenelemente ermöglicht, dass jedes oder im Wesentlichen jedes drahtlose HF-Signal am Ort der Energie-Erntevorrichtung in Energie umgewandelt werden kann.
In einem weiteren Aspekt wird eine Energie-Erntevorrichtung bereitgestellt, aufweisend eine Vielzahl von Antennenpaaren, wobei ein Antennenpaar jeweils mindestens ein erstes Antennenelement und ein zweites Antennenelement aufweist, wobei das erste Antennenelement und das zweite Antennenelement bezüglich ihrer Hauptabsorptionsrichtung von Signalen in einem Winkel von ungefähr 90° zueinander angeordnet sind, wobei die Antennenelemente jeweils zum Aufnehmen eines drahtlosen Signals eines Frequenzbereiches eingerichtet sind, wobei zwischen den Antennenpaaren ein Abstand vorgesehen ist; eine Gleichrichtervorrichtung, die mit den Antennenelementen gekoppelt ist und eingerichtet ist, einen Strom aus dem drahtlosen Signal bereitzustellen. Dies ermöglicht eine Energieerzeugung aus drahtlosen HF-Signalen unterschiedlicher Polarisationsrichtungen.
In einem weiteren Aspekt wird eine Energie-Erntevorrichtung bereitgestellt, aufweisend eine Vielzahl von ersten Antennenelementen, die jeweils zum Aufnehmen eines ersten drahtlosen Signals eines ersten Frequenzbereiches eingerichtet sind, und eine Vielzahl von zweiten Antennenelementen, die jeweils zum Aufnehmen eines zweiten drahtlosen Signals eines zweiten Frequenzbereiches eigerichtet sind, wobei der zweite Frequenzbereich unterschiedlich zu dem ersten Frequenzbereich ist, und wobei zwischen den ersten Antennenelementen jeweils ein erster Abstand vorgesehen ist und zwischen den zweiten Antennenelementen jeweils ein zweiter Abstand vorgesehen ist; wobei die Gleichrichtervorrichtung mit den ersten Antennenelementen und den zweiten Antennenelementen gekoppelt ist und eingerichtet ist, einen Strom aus den ersten drahtlosen Signalen und den zweiten drahtlosen Signalen bereitzustellen. Dies ermöglicht eine Energieerzeugung aus elektromagnetischen Signalen unterschiedlicher Frequenzen, wodurch die Strahlenbelastung bzw. Sendeleistung der Sendeantenne der drahtlosen Signale je Frequenz gering gehalten werden kann und ein hoher Lade- bzw. Betriebsstrom ermöglicht wird.
Die beschriebenen Aspekte können miteinander kombiniert sein. Es können beispielsweise in einer einzigen Energie-Erntevorrichtung Antennenelemente für dieselbe Frequenz derselben Polarisation, Antennenelemente für dieselbe Frequenz unterschiedlicher Polarisation, Antennenelemente für unterschiedliche Frequenzen derselben Polarisation und/oder Antennenelemente für unterschiedliche Frequenzen unterschiedlicher Polarisation vorgesehen sein. Weitere Ausführungsformen sind aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den abhängigen Ansprüchen ersichtlich.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen identische oder funktional ähnliche Elemente. In den Zeichnungen zeigt

1 eine schematische Ansicht einer Energie-Erntevorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
2A eine schematische Ansicht eines Vergleichsbeispiels;
2B eine schematische Ansicht eines elektrischen Bauelementes gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
3A eine schematische Ansicht eines Vergleichsbeispiels;
3B eine schematische Ansicht eines elektrischen Bauelementes gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines elektrischen Bauelementes gemäß verschiedenen Ausführungsformen.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe „verbunden“, „angeschlossen“ sowie „gekoppelt“ verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
1 ist eine schematische Ansicht eines elektrischen Bauelementes 100 mit einer Energie-Erntevorrichtung 106 gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Die Energie-Erntevorrichtung 106 weist eine Vielzahl von Antennenelementen 108, 110 auf, die jeweils zum Aufnehmen eines drahtlosen Signals 112, 114 eines Frequenzbereiches eingerichtet sind.
Die drahtlosen Signale 112, 114 werden von Sendevorrichtungen 116, 118 emittiert.
Zwischen den Antennenelementen 108, 110 ist jeweils ein Abstand 120, 122 vorgesehen.
Die Energie-Erntevorrichtung 106 weist ferner eine Gleichrichtervorrichtung 124 auf, die mit den Antennenelementen 108, 110 gekoppelt ist und eingerichtet ist, einen elektrischen Strom 128 aus dem drahtlosen Signal 112, 114 bereitzustellen.
Der elektrische Strom 128 kann beispielsweise an eine Steuervorrichtung 126 geleitet werden. Die Steuervorrichtung 126 kann eingerichtet sein, den Strom 128 zu verwalten. Die Steuervorrichtung 126 kann beispielsweise mit einer Last 102, beispielsweise einem Leuchtmittel oder einem anderen elektrischen Kleingerät gekoppelt sein, und dieser einen Betriebsstrom 134 bzw. eine Betriebsspannung 134 zuführen. Die Last 102 kann mittels des Stromes 134 eine elektrische Funktion 104 ausführen, beispielsweise bei einem Leuchtmittel 102 ein Licht 104 emittieren. Die Last 102 ist im Rahmen dieser Beschreibung ein Lastwiderstand bzw. Innenwiderstand eines elektrischen Verbrauchers, beispielsweise des Leuchtmittels oder eines anderen elektrischen Kleingerätes, beispielsweise eines Elektromotors und/oder eines Erfassungselementes (Sensorelementes) des elektrischen Kleingerätes. Die Last 102 umfasst anschaulich die elektrischen Verbraucher eines elektrischen Bauelementes 100.
Die Energie-Erntevorrichtung kann ferner einen wiederaufladbaren Energiespeicher 130, eine Sendevorrichtung 138 und/oder eine Empfangsvorrichtung 144 aufweisen, die mit der Steuervorrichtung 126 gekoppelt sein können, und unten noch ausführlicher beschrieben werden.
Die Signale 112, 114 sind aufgrund des Flug- und Seefunks und des verstärkten Einsatzes von mobilen Kommunikationsgeräten beispielsweise Mobiltelefonen; Fernsehgeräten und Wi-Fi-Netzwerken mittlerweile auf der ganzen Welt verbreitet, insbesondere auch in Gebäuden. In urbanen Gebieten überlagern sich an einem Ort und zur gleichen Zeit Signale 112, 114 unterschiedlicher Frequenzbereiche, beispielsweise GSM, WLAN, Amateurfunk, Flugfunk, etc. und unterschiedlicher Energie-Sendevorrichtungen, beispielsweise unterschiedliche WLAN-Netze, Rundfunk-Netze und Amateurfunknetze, als Beispiel. Eine räumliche Begrenzung der Ausbreitung von HF-Wellen, beispielsweise auf das eigene Haus oder die eigene Wohnung, sind technisch zwar möglich, werden herkömmlich jedoch nicht umgesetzt. Dadurch werden Orte mit HF-Wellen bestrahlt, die an diesem Ort keinerlei Funktion haben. Die Energie-Sendevorrichtungen, die Signale in unterschiedlichen Frequenzbereichen emittieren, beispielsweise GSM 900, GSM 1800, WiFi (2,4 GHz, 5 GHz), Bluetooth, DECT, etc. können eine unterschiedliche Aktivität (Signalemissionsrate) und deren Signale unterschiedliche Leistungsdichten aufweisen. Die Sendeausgangsleistung von künstlichen Sendevorrichtungen können rechtlich begrenzt sein, beispielsweise auf 200 mW für einen WLAN-Router im 2,4-GHz Netz. In anderen Frequenzbereichen, beispielsweise GSM 900 oder GSM 1800 sind höhere Sendeausgangsleistung von Sendervorrichtungen (Basisstationen bzw. Mobilterminals) zulässig. Die zulässige Sendeausgangsleistung in diesem Frequenzbereich liegt im Bereich einiger Watt bis zu 20 W. In Amateurfunk-Frequenzbändern sind teilweise Sendeleistungen bis 75 W bzw. bis 15 W im Dauerbetrieb zulässig. Die zulässige Leistungsdichte der Signale ist insofern abhängig von der Frequenz.
Weiterhin werden elektrische Bauelemente häufig stationär bzw. quasi-stationär (innerhalb eines abgegrenzten Raumbereiches) betrieben, beispielsweise Beleuchtungsvorrichtung an Raumdecken oder stationär an Straßen; gelegentlich benutzte elektrische Kleingeräte verweilen bis zur Benutzung stationär in Schubladen, Schränken oder auf Ablagen. Dadurch werden quasi-stationäre Richtfunkstrecken zwischen einer Energie-Sendevorrichtung 116, 118 zum Senden von Signalen 112, 114 zur Energie-Erntevorrichtung 106 ermöglicht und es können Signale mit höherer Leistungsdichte und höherem Energieübertragungswirkungsgrad an die Energie-Erntevorrichtung 106 übertragen werden.
Der „Informationsinhalt“ der Signalen 112, 114, beispielsweise eine Bitfolge in der Nachrichtentechnik, wird durch die Energie-Erntevorrichtung 106 nicht untersucht. Insofern ist beispielsweise eine korrekte Bitabfolge für die Energieerzeugung nicht Wesentlich. Daher kann die Energie-Erntevorrichtung 106 schaltungstechnisch sehr viel einfacher ausgestaltet sein als beispielsweise das Frontend bzw. Backend bei mobilen Kommunikationsvorrichtungen. In der Nachrichtentechnik werden Frequenzbereiche zudem in Up-Link und Down-Link-Frequenzbereiche unterteilt. Zur Energieerzeugung ist eine derartige Unterscheidung nicht zwingend erforderlich, da die Bit-Folge bzw. der Informationsgehalt des Signals nicht untersucht bzw. interpretiert wird.
Die Sendevorrichtungen 116, 118 sind beispielsweise Funkmasten, Mobiltelefone und - in parasitärer Form - beliebige, nicht-abgeschirmte elektrische Geräte im Betrieb. Eine Energie-Sendevorrichtung 116, 118 kann jedoch auch eine in der Natur auftretende Quelle sein, beispielsweise in Form einer elektrostatischen Entladung bei einem Gewitter.
Das drahtlose Signal 112, 114 ist eine elektromagnetische (EM) Welle, beispielsweise eine hochfrequente (HF) EM-Welle. Das Signal 112, 114 ist beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe der Signal-Standards bestehend aus: IEEE 802.11, IEEE 802.15, IEEE 802.16, IEEE 802.20, IEEE 802.22, IEEE 802.23. Der Frequenzbereich des Signals 112, 114 ist beispielsweise zwischen 30 kHz bis 3000 GHz, beispielswiese im Bereich von 800 MHz bis 5000 MHz. Die Energie-Erntevorrichtung 106 erzeugt elektrische Energie aus HF-Wellen (auch als drahtloses Signal 112, 114 bezeichnet), beispielsweise aus elektromagnetischer Strahlung mit einer Frequenz im Bereich von 30 kHz bis 3000 GHz, beispielsweise im Bereich von 800 kHz bis 5000 kHz. Die elektromagnetische Strahlung 112, 114 kann unterschiedliche Polarisationsrichtungen aufweisen oder unpolarisiert sein. Die Signale können eine Pulsform oder eine geometrische Form, beispielsweise eine Sinus-Welle, aufweisen. Die Signale 112, 114 weisen Amplituden auf, die größer sein können als die statistische Amplitude von weißem Rauschen.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwenden lokal empfangene, elektromagnetische Wellen (Signalen 112, 114), um diese in elektrische Energie umzuwandeln. Die Energie-Erntevorrichtung 106 ist gemäß verschiedenen Ausführungsformen eingerichtet, elektrische Energie (Strom 128, 132, 134) aus elektromagnetischen Wellen (Signalen 112, 114) zu erzeugen. Die Signale 112, 114 können eine Frequenz im Mikrowellenbereich aufweisen, beispielsweise Frequenzen größer als 1 GHz. Alternativ oder zusätzlich kann die Energie-Erntevorrichtung 106 eingerichtet sein, Signale 112, 114 mit einer Frequenz kleiner als 1 GHz zu empfangen und in elektrische Energie umzuwandeln, beispielsweise GSM 900 oder im Bereich der Radiofrequenzen oder im Amateurfunkbereich. Mittels der erlangten elektrischen Energie kann ein wiederaufladbarer Energiespeicher 130 geladen werden und/oder die Last 102 betreiben werden.
Die Umwandlung der Signale 112, 114 in elektrische Energie ermöglicht den Betrieb von elektrischen Bauelementen 100 mit geringer Stromaufnahme.
Das elektrische Bauelement 100 ist beispielsweise ein elektrisches Kleingerät 100, beispielsweise eine Beleuchtungsvorrichtung 100, eine Fernbedienung 100, eine Erfassungsstruktur (Sensor) 100, beispielsweise ein Gassensor, ein Temperatursensor, ein Drucksensor, ein Glasbruchsensor, ein Bewegungssensor, ein Infrarotsensor, ein Feuchtigkeitssensor, ein Rauchmelder, ein Lagerungssensor, ein Beschleunigungssensor, ein Gyroskop, ein Strahlungssensor, ein Bluetooth Low Energy (BLE) Tag, ein BLE Beacon, ein BLE Sensor; eine elektrische Zahnbürste, ein elektrischer Rasierapparat, eine Power-Bank, ein Mobiltelefon (beispielsweise um eine langsame Aufladung während Nichtbenutzung zu bewirken und eine Tiefenentladung zu verhindern) etc.. Elektrische Kleingeräte 100, beispielsweise neuere OLEDs und LEDs zur Allgemeinbeleuchtung, haben eine Leistungsaufnahme, die im Bereich einiger Watt liegt und bei BLE Sensoren 100 im Bereich einiger Milliwatt.
Somit ist beispielsweise bei einer Richtfunkstrecke von einer Energie-Sendevorrichtung 116, 118 zu einer Energie-Erntevorrichtung 106, die eingerichtet ist, elektrische Energie aus den Signalen 112, 114 der Energie-Sendevorrichtung 116, 118 zu erzeugen und diese Energie als Strom 128, 134 an eine Last 102 zuzuführen, eine quasi direkte, drahtlose Bestromung der Last 102 des Kleingeräts 100 durch die Energie-Sendevorrichtung 116, 118 möglich. Dadurch kann ein drahtlos (freistehend oder frei im Raum anordnenbares) bestrombares, elektrisches Bauelement 100 mit wetterunabhängiger, eigener Stromversorgung gebildet werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Energie-Erntevorrichtung 106 in einem unbemannten Fahrzeug (Drohne), beispielsweise einem unbemannten Flugzeug vorgesehen sein. Dies ermöglicht eine Verlängerung der Fahrzeit bzw. Flugzeit der Drohne oder eines sonstigen, mittels einer wiederaufladbaren Batterie betriebenen Fahrzeuges.
Die Energie-Erntevorrichtung 106 kann ökologischer in der Herstellung sein als Solarzellen und mechanisch robuster sein. Die Energie-Erntevorrichtung 106 kann im Gegensatz zu Windkraftanlagen oder Fotovoltaikanlagen zudem wetterunabhängig Energie erzeugen. Zudem kann bei elektrischen Bauelementen 100, die eine relativ geringe Leistungsaufnahme haben, auf eine Verkabelung vollständig verzichtet werden. Ein Verlegen von Kabeln auf einem Boden, in oder an Wänden oder Decken wird somit reduziert oder ist nicht mehr notwendig. Dadurch kann beispielsweise bei Steh- oder Standlampen eine Gefahrenquelle in Form freiliegender Kabel als Stolpergefahr vermieden werden. Dadurch wird zudem eine flexiblere Anordnung der elektrischen Kleingeräte 100 im Raum ermöglicht und eine Kabelanbindung an ein Stromnetz wird überflüssig. Zudem reduziert die Energie-Erntevorrichtung 106 die Belastung von Räumen durch HF-Wellen, beispielsweise ohne den Betrieb der HF-Sendevorrichtung zu stören. Alternativ wird die Standzeit eines elektrischen Bauelementes 100 mit wiederaufladbarer Batterie, die über ein Stromnetz aufgeladen wird, bis zu einer Wiederaufladung verlängert. Zudem kann eine Tiefenentladung batteriebetriebener elektrischer Bauelemente 100 verhindert werden.
Als Beispiel, die Energie-Erntevorrichtung 106 einer Beleuchtungsvorrichtung 100 ermöglicht, dass das Leuchtmittel 102 einer Beleuchtungsvorrichtung 100 mit einem Betriebsstrom 134 versorgt wird. Leuchtmittel sind beispielsweise lichtemittierende Halbleiterbauelemente, beispielsweise Leuchtdioden (LED), organische Leuchtdioden (OLED) oder Laserdioden. Die Leuchtdioden sind eingerichtet sichtbares oder infrarotes (IR) Licht zu emittieren. Sichtbares Licht ist beispielsweise weißes oder farbiges Licht. Dies ermöglicht einen wetterunabhängigen Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung 100, ohne die Beleuchtungsvorrichtung 100 drahtgebunden an eine externe Stromversorgung anschließen zu müssen. Die Beleuchtungsvorrichtung 100 kann beispielsweise zur Flächenbeleuchtung eingerichtet sein, beispielsweise zur kabellosen Außen- oder Freifeldbeleuchtung eingerichtet sein. Die Beleuchtungsvorrichtung 100 kann beispielsweise in einem Lagerhaus oder Gewächshaus als Innenraum-Allgemeinbeleuchtung oder als Wachstumslicht für Pflanzen eingerichtet sein. Zur Beleuchtung großer Flächen sind viele, lange Kabel erforderlich, die mittels der Energie-Erntevorrichtung 106 und einer Funkstrecken-Bestromung entfallen.
Der wiederaufladbare Energiespeicher 130 kann vorgesehen sein, um beispielsweise eine Differenzenergie zwischen benötigter Energie für den Betrieb der Last 102 und bereitgestellter Energie (128) aus der Energie-Erntevorrichtung 106 bereitzustellen.
Der wiederaufladbare Energiespeicher 130 kann beispielsweise in der inaktiven Zeit der Last 102 durch die Energie-Erntevorrichtung 106 geladen werden. Anschaulich wird ein elektrisches Bauelement 100 typischer Weise nur für eine relativ kurze Zeitdauer benutzt, beispielsweise einige Minuten bis Stunden am Tag. Während der Nichtbenutzung, beispielsweise die restliche Zeit eines Tages, kann der wiederaufladbare Energiespeicher 130 des elektrischen Bauelementes 100 mittels der Energie-Erntevorrichtung 106 für die Benutzung aufgeladen werden. In verschiedenen Ausführungsformen können die Antennenelemente 108, 110 identisch und jeweils dazu eingerichtet, elektromagnetische Strahlung (Signale 112, 114) der gleichen Frequenz (-bereiche) unabhängig voneinander zu absorbieren. Mit anderen Worten: die Energie-Erntevorrichtung 106 kann eine Vielzahl von Antennenelementen 108, 110 aufweisen, die jeweils zum Aufnehmen eines drahtlosen Signals 112, 114 eines Frequenzbereiches eingerichtet sind. Die Antennenelemente 108/110 sind jeweils baugleich und das drahtlose Signal 112, 114 somit identisch. Eine Vielzahl baugleicher Antennenelemente 108, 110 weist jeweils die gleiche Ausrichtung auf und sind voneinander beabstandet. Jedes Antennenelement 108, 110 liefert ein Einzelsignal, das für die Energie- bzw. Stromerzeugung herangezogen werden kann. Die Einzelsignale können in der Gleichrichtervorrichtung 124 schaltungstechnisch noch verzögert (Phasenkorrektur) und anschließend miteinander addiert bzw. multipliziert werden.
Sind die Antennenelemente 108, 110 der Energie-Erntevorrichtung 106 beispielsweise in einer oder mehreren Reihen angeordnet, ergeben sich für jedes Antennenelement 108, 110 zeitlich leichte Unterschiede beim Empfang des Signals 112, 114, wenn die Richtung zur Energie-Sendevorrichtung 116, 118 nicht senkrecht zur Reihe der Antennenelemente steht. Dies verhindert, dass jedes Signale 112, 114, das bei den einzelnen Antennenelementen 108, 110 eintrifft, destruktive Interferenz aufweist. Mindestens ein Signal 112, 114 wird statistisch somit von einem der Antennenelemente 112, 114 empfangen und kann in elektrische Energie umgewandelt werden. Mit anderen Worten, die Vielzahl der Antennenelemente 108, 110 sind baugleich und dazu eingerichtet das gleiche Signal 112, 114 unabhängig voneinander, beispielsweise an räumlich unterschiedlichen Positionen aufzunehmen bzw. zu absorbieren. Dadurch wird - im Vergleich zu einer Energie-Erntevorrichtung 106 mit lediglich einem einzigen Antennenelement, destruktive Interferenz an Positionen aller Antennenelemente verhindert.
In verschiedenen Ausführungsformen weisen die direkt benachbarten Antennenelemente 108, 110 einen Abstand in einem Bereich von 0,5 bis 12 Wellenlängen auf, beispielsweise 2 bis 10 Wellenlängen, beispielsweise 10 Wellenlängen. Beträgt die Wellenlänge des Signals 112, 114 beispielsweise 1 cm, kann der Abstand in einem Bereich von 0,5 cm bis 12 cm sein. Die Antennenelemente 108, 110 bilden anschaulich somit nicht notwendigerweise eine Gruppenantenne aus, bei der es erforderlich ist, dass die von den Antennenelementen absorbierte Strahlung die gleiche Phase aufweist. Die Vielzahl von Antennenelementen 108, 110 kann zudem mehr Energie aus dem elektromagnetischen Feld entnehmen als ein einzelnes Antennenelement 108, 110 allein.
Die Vielzahl von Antennenelementen kann zwei oder mehr Antennenelemente, die jeweils zum Empfangen von Signalen 112, 114 eingerichtet sind (unabhängig voneinander), aufweisen. Die Vielzahl von Antennenelemente 112, 114 kann beispielsweise 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehr Antennenelemente, beispielsweise bis zu 200 Antennenelemente aufweisen. Die Energie-Erntevorrichtung 106 weist beispielsweise ein Antennen-Array mit insgesamt bis zu 200 Antennenelementen 108, 110 auf, die elektrisch im Wesentlichen unabhängig voneinander sind. Die Anzahl der Antennenelemente 108, 110 ist dabei lediglich als Beispiel zur Veranschaulichung zu verstehen.
Die Antennenelemente 108, 110 können eine aus der Nachrichtentechnik bekannte Form aufweisen, beispielsweise FICA oder PIFA, die für den jeweiligen Frequenzbereich des Signals ausgelegt ist. Die Antennenelemente 108, 110 können beispielsweise jeweils eine Platte aus rechteckigem Mikrostreifen-Patches mit ausgeschnittenen geätzten Streifen umfassen, die ein schiefes gefaltetes invertiertes konformes Antennenformat (FICA) bilden, dessen Abmessungen zum Anordnen in einem mobilen Mobilfunkgerät konfiguriert sind. Jedes Antennenelement 108, 110 kann alternativ oder zusätzlich eine rechteckige Platte mit ausgeschnittenen geätzten Streifen aufweisen, die ein planares invertiertes „F“ -Antennen (PIFA) -Format bilden, dessen Abmessungen zum Anordnen in einem mobilen Mobilfunkgerät konfiguriert sind. Die Antennenelemente 108, 110 können zueinander parallel angeordnet sein und durch ein dielektrisches Material voneinander getrennt sein.
Erste Antennenelemente 108 der Vielzahl von Antennenelementen 108, 110 können auf einer Seite einer doppelseitigen Leiterplatte (PCB) ausgebildet sein und zweite Antennenelemente 110 der Vielzahl von Antennenelementen 108, 110 können auf einer anderen Seite der PCB ausgebildet sein. Die PCB kann ein zweilagiges dielektrisches Sandwich-Substrat umfassen, wobei die Antennenelemente 108, 110 auf deren Außenflächen aufgedruckt sind und wobei weitere Schaltungselemente, beispielsweise mindestens eine Spule, auf einer Innenfläche zwischen zwei Lagen des dielektrischen Substrats angeordnet sind.
Alternativ oder zusätzlich kann jedes der Antennenelemente 108, 110 eine Spulenform mit gleichförmigen oder abnehmenden Spulendurchmesser aufweisen. Dies ermöglicht das Signale 112, 114 eines Frequenzbereiches absorbiert und in Energie umgewandelt werden können.
Die Antennenelemente 108, 110 können derart eingerichtet sein, dass der Frequenzbereich der Signale 112, 114 einen Up-Link und Down-Link-Frequenzbereich eines Kommunikationsstandards umfasst.
In verschiedenen Ausführungsformen sind die Antennenelemente 108, 110 jeweils als eine Breitbandantenne eingerichtet, die elektromagnetische Strahlung eines breiten Frequenzbereiches empfangen kann, beispielsweise von 100 kHz bis 10 GHz.
Zwischen den Antennenelementen 108, 110 gleicher Ausrichtung, die zur Absorption des gleichen Signals 112, 114 eingerichtet sind (beispielsweise gleiche Polarisation, gleiche Frequenz, etc.), ist ein lateraler Abstand 120, 122 vorgesehen. Der Abstand 120, 122 liegt in einem Bereich von ungefähr 0,5 bis ungefähr 12 Wellenlängen des Signals 112, 114. Der Abstand kann für baugleiche Antennenelemente 108, 110 gleich oder räumlich unterschiedlich sein, beispielsweise von einem Punkt aus betrachtet zunehmen. Beispielsweise kann bei einem Antennenarray der Abstand zwischen den Antennenelementen gleich sein oder zum Rand des Antennen-Arrays abnehmen, zunehmen, in konzentrischen Ringen alternierend sein oder eine andere geeignete Anordnung oder Verteilung aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsformen weist die Energie-Erntevorrichtung 106 eine Vielzahl von ersten Antennenelementen 108 und eine Vielzahl von zweiten Antennenelementen 110 auf. Die ersten Antennenelementen 108 sind jeweils zum Aufnehmen eines drahtlosen Signals 112 eines ersten Frequenzbereiches eingerichtet. Die zweiten Antennenelementen 110 sind jeweils zum Aufnehmen eines drahtlosen Signals 114 eines zweiten Frequenzbereiches eigerichtet. Der zweite Frequenzbereich ist unterschiedlich zu dem ersten Frequenzbereich. In verschiedenen Ausführungsformen können der zweite Frequenzbereich und der erste Frequenzbereich einen gemeinsamen, sich überlappenden Frequenzbereich aufweisen. Alternativ können der erste und zweite Frequenzbereich frei sein von überlappendem Frequenzbereich sein, beispielsweise keinen gemeinsamen Frequenzbereich aufweisen. Zwischen den ersten Antennenelementen 108 kann ein erster Abstand 120 vorgesehen. Zwischen den zweiten Antennenelementen 110 kann ein zweiter Abstand 122 vorgesehen. Der erste Abstand 120 kann gleich oder unterschiedlich zu dem zweiten Abstand 122 sein. Beispielsweise kann das Verhältnis des zweiten Abstandes zum ersten Abstand proportional zum Verhältnis der mittleren Frequenz des zweiten Frequenzbereiches zur mittleren Frequenz des ersten Frequenzbereiches sein. Der erste und zweite Abstand 120, 122 liegt beispielsweise jeweils in einem Bereich von ungefähr 0,5 bis ungefähr 12 Wellenlängen der von den ersten Antennenelementen und den zweiten Antennenelementen 108, 110 aufnehmbaren bzw. absorbierbaren Signale. Mit anderen Worten, die Energie-Erntevorrichtung 106 kann eine Vielzahl von ersten Antennenelementen 108 aufweisen, die jeweils zum Aufnehmen eines ersten drahtlosen Signals 112 eines ersten Frequenzbereiches eingerichtet sind, und eine Vielzahl von zweiten Antennenelementen 110 aufweisen, die jeweils zum Aufnehmen eines zweiten drahtlosen Signals 114 eines zweiten Frequenzbereiches eigerichtet sind, beispielsweise gemäß einer oben beschriebenen Ausführungsform. Der zweite Frequenzbereich kann unterschiedlich zu dem ersten Frequenzbereich sein. Zwischen den ersten Antennenelementen 108 ist ein erster Abstand 120 vorgesehen und zwischen den zweiten Antennenelementen ist ein zweiter Abstand 122 vorgesehen. Eine Gleichrichtervorrichtung 124 ist mit den ersten Antennenelementen 108und den zweiten Antennenelementen 110 gekoppelt und ist eingerichtet, einen Strom 128 aus den ersten drahtlosen Signalen 112 und den zweiten drahtlosen Signalen 114 bereitzustellen. Anschaulich kann durch Verwenden einer Energie-Erntevorrichtung 106 mit verschiedenen, baugleichen Antennenelemente 108, 110, beispielsweise eine erste Gruppe von Antennenelementen 108 und eine zweite Gruppe von Antennenelementen 110, unterschiedliche Frequenzbereiche zur Energiegewinnung „angezapft“ werden. Beispielsweise kann die erste Gruppe von Antennenelementen 108 für Frequenzen bzw. ein Frequenzband im Bereich von 100 kHz bis 2 GHz eingerichtet sein und die zweite Gruppe von Antennenelementen 110 kann 108 für Frequenzen bzw. ein Frequenzband im Bereich von 1 GHz kHz bis 7 GHz eingerichtet sein. Dies ermöglicht Energie aus Signalen 112, 114 unterschiedlicher Sendevorrichtungen 116, 118 zu erzeugen. Alternativ oder zusätzlich kann durch die Antennenelemente 108, 110 für unterschiedliche Frequenzen die Strahlenbelastung innerhalb eines Frequenzbereiches durch Frequenzwechsel (-rotation) reduziert werden bzw. die Sendeleistung der Energie-Sendevorrichtung 116, 118 (rechtlich) erhöht werden, da beispielsweise kein Dauerbetrieb in einem Frequenzbereich vorliegt.
Bei linear polarisierter elektromagnetischer Strahlung kann durch Beugung oder Reflexion an Gegenständen die Polarisationsebene der elektromagnetischen Strahlung gedreht werden. Bei zirkular polarisierter elektromagnetischer Strahlung kann durch Reflexion die Rotationsrichtung der elektromagnetischen Strahlung verändert werden. Dadurch kann es bei den Antennenelementen 108, 110 lokal zu destruktiver Interferenz kommen. Da sich Interferenz zu einem bestimmten Zeitpunkt und Ort meist jedoch nur auf eine Polarisationsrichtung auswirkt, kann mit gekreuzten Antennenelementen 108, 110 (Winkelunterschied von 90 °) eines Antennenpaars eine Energieerzeugung erzielt werden. Beispielsweise weist die Vielzahl von Antennenelementen 108, 110 eine Vielzahl von Antennenpaare auf, wobei jedes Antennenpaar mindestens ein erstes Antennenelement und ein zweites Antennenelement aufweist, deren Ausrichtungen einen Winkelunterschied von ungefähr 90 ° aufweist. Die Antennenelement eines Antennenpaares können einen gemeinsamen Sockelpunkt aufweisen oder die Antennenpaare können lateral voneinander beabstandet angeordnet sein, beispielsweise in einem Abstand von 0,5 bis zum 12-fachen der Wellenlänge der Signale. Dadurch kann zusätzlich zu dem oben beschriebenen Phasengewinn ein Polarisationsgewinn bei der Energiegewinnung erzielt werden. Mit anderen Worten, die Energie-Erntevorrichtung 106 kann eine Vielzahl von Antennenpaaren aufweisen. Ein Antennenpaar weist jeweils mindestens ein erstes Antennenelement 108 und ein zweites Antennenelement 110 auf, beispielsweise gemäß einer oben beschriebenen Ausführungsform. Das erste Antennenelement und das zweite Antennenelement sind bezüglich ihrer Hauptabsorptionsrichtung von Signalen in einem Winkel von ungefähr 90 ° zueinander angeordnet. Die Antennenelemente 108, 110 sind jeweils zum Aufnehmen eines drahtlosen Signals 112, 114 eines Frequenzbereiches eingerichtet. Zwischen den Antennenpaaren kann ein zuvor beschriebener Abstand 120, 122 vorgesehen sein. Bei mehreren Antennenelementen 108, 110 je Antennenpaar müssen die Antennenelemente 108, 110 mit ihren Hauptabsorptionsrichtungen nicht notwendigerweise in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sein, beispielsweise bei drei Antennenelementen 108,110 in einem Antennenpaar, die in unterschiedliche Raumrichtungen zeigen. In einfachster Ausführung weist die Vielzahl von Antennenelementen 108, 110 somit ein Antennenpaar mit zwei Antennenelementen auf, die in einem Winkel von 90 ° zueinander angeordnet sind. Die Hauptabsorptionsrichtung bezieht sich dabei auf senkrecht auf das Antennenpaar einfallende Signale 112, 114. Mit anderen Worten: ein erstes Antennenelement eines Antennenpaars kann so bezüglich der Ausbreitungsrichtung der Signale 112, 114 angeordnet sein, dass es senkrecht dazu die größte Signal-Absorption aufweist und das andere, zweite Antennenelement des Antennenpaars ist so angeordnet, dass es senkrecht zu dem ersten Antennenelement die größte Signal-Absorption aufweist.
Eine Energie-Sendevorrichtung 116, 118, beispielsweise eine Kommunikationsvorrichtung, strahlt elektromagnetische Wellen 112, 114 (Signale) gerichtet (Funkstrecke) oder ungerichtet (Freiraum) ab. Die Signale 112, 114 können entlang des Ausbreitungswegs an Objekten (Hindernissen), beispielsweise Wände oder Mobiliar, durch Effekte wie Streuung, Brechung, Beugung oder Reflexion der Signale 112, 114 über unterschiedliche Wege das elektrische Bauelement 100 mehrfach erreichen. Dadurch können am Ort des elektrischen Bauelementes 100 einzelne Signale 112, 114 unterschiedlich lange Wegstrecken zurückgelegt haben bzw. eine Phasenverschiebung zueinander aufweisen. Die einzelnen Signale 112, 114 können am Ort des elektrischen Bauelementes 100 konstruktiv oder destruktiv interferieren. Im Falle destruktiver Interferenz würde bei einer Energie-Erntevorrichtung 106 mit lediglich einem Antennenelement keine oder im Wesentlichen keine Energie erzeugt werden. Dadurch, dass in der Energie-Erntevorrichtung 106 eine Vielzahl von Antennenelementen 108, 110 vorgesehen ist, die räumlich voneinander beabstandet (Abstand 120 bzw. 122) sind, ist gewährleistet, dass mindestens einige der Antennenelemente 108, 110 die Signale 112, 114 (ohne destruktive Interferenz) und ggfs. mit konstruktiver Interferenz aufnehmen. Anschaulich ist bei der Vielzahl von Antennenelementen 108, 110 die Wahrscheinlichkeit hoch, dass sich mindestens eines der Antennenelemente 108, 110 an einer Stelle befindet, die nicht von der destruktiven Interferenz betroffen ist. Die Abschwächung der Energieerzeugung durch destruktive Interferenz ist mittels der Vielzahl baugleicher, voneinander beabstandeter, unabhängiger Antennenelemente 108 bzw. 110 dadurch statistisch unabhängig und die Wahrscheinlichkeit, dass alle Antennenelemente 108, 110 gleichzeitig von destruktiver Interferenz betroffen sind, ist sehr gering. Dadurch kann im Mittel jedes oder im Wesentlichen jedes Signal 112, 114 von einer Energie-Sendevorrichtung 116, 118 in elektrische Energie umgewandelt werden.
Wie zuvor beschrieben, weist die Energie-Erntevorrichtung 106 eine Gleichrichtervorrichtung 124 auf, die mit den Antennenelementen 108, 110 gekoppelt ist. Die Gleichrichtervorrichtung 124 ist eingerichtet, einen Strom 128 aus dem drahtlosen Signal 112, 114 bereitzustellen. Die Gleichrichtervorrichtung 124 ist beispielsweise eingerichtet, einen oder jeweils einen Gleichstrom aus den mittels der Antennenelemente 108, 110 aufgenommenen Signalen 112, 114 zu erzeugen. Beispielsweise weist die Gleichrichtervorrichtung 124 eine Transformatorvorrichtung auf und transformiert einen Wechselstrom, der durch Absorbieren des Signals 112. 114 in den Antennenelementen 108, 110 erzeugt wird, in einen Gleichstrom. Optional weist Gleichrichtervorrichtung 124 zwischen den Antennenelementen 108, 110 und der Gleichrichtervorrichtung eine Transformatorschaltung mit einer oder mehreren Sekundärspule(n) auf, wobei die Sekundärspule(n) mit den Antennenelementen 108, 110 gekoppelt sind, um die Spannung des Stromes 128 zu modulieren, beispielsweise zu verstärken. Die Gleichrichtervorrichtung 124 kann eine Transformatorschaltung aufweisen. Die Transformatorschaltung muss nicht notwendigerweise eine Spulenanordnung aufweisen. Die Transformatorschaltung ist vielmehr dazu eingerichtet ein Signal 112, 114 in eine elektrische Energie zu transformieren. Dies kann beispielsweise auch mittels einer Gleichrichtervorrichtung 124 auf Basis einer Dioden- oder Transistorschaltung realisiert sein. Die Transformatorschaltung transformiert einen durch die Antennenelemente 108, 110 mittels Absorption der Signale 112, 114 erzeugten Wechselstrom in einen Gleichstrom, der mittelbar (mittels des wiederaufladbaren Energiespeichers 130, beispielsweise einem herkömmlichen Akkumulator oder Kondensator) oder unmittelbar der Last 102 als Betriebsstrom zugeführt wird. Die Transformatorschaltung weist beispielsweise eine Gleichrichterschaltung und eine Kondensatormatrix auf. Die Antennenelemente 108, 110 und die Transformatorschaltung können anwendungsspezifisch und frequenzspezifisch mittels unterschiedlicher Schaltungen, beispielsweise als Reihenschaltung, Parallelschaltung oder Mischschaltung einzelner Antennenelemente oder Gruppen von Antennenelementen eingerichtet sein. Beispielsweise kann in der Transformatorschaltung eine Gleichrichterschaltung für jedes der Antennenelemente 108, 100 vorgesehen sein oder eine gemeinsame Gleichrichterschaltung für eine oder mehrere Gruppen von Antennenelementen 108, 110 vorgesehen sein. Alternativ zur Transformatorvorrichtung kann die Gleichrichtervorrichtung 124 auf einer Diodenschaltung, einer Schottky-Diode, einer Hetero-Diode, einem TRIAC, einem Thyristor, einer Z-Diode, einer Avalanche-Diode, einem Brückengleichrichter, einer Halbbrücken-Schaltung oder einem sonstigen herkömmlichen Gleichrichter (AC-DC oder DC-DC) basieren. Beispielsweise kann ein Teil der Signale 112, 114 verworfen werden, beispielsweise mittels einer Diodenschaltung anstatt einer Gleichrichtervorrichtung, wenn dadurch die Gleichrichtervorrichtung 124 technisch und/oder strukturell vereinfacht und/oder deren Energieverbrauch reduziert werden kann. Beispielsweise kann die Gleichrichtervorrichtung 124 aus im Wesentlichen ungesteuerten Bauelementen ohne eigene Spannungsversorgung eingerichtet sein.
Die Antennenelemente 108, 100 können anwendungsspezifisch und frequenzspezifisch elektrisch in einer Reihenschaltung, Parallelschaltung oder Mischschaltung miteinander verschaltet sein.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die Gleichrichtervorrichtung 124 mit den ersten Antennenelementen und den zweiten Antennenelementen 108, 110 gekoppelt. Die Gleichrichtervorrichtung 124 ist eingerichtet, einen Strom 128 aus den ersten und zweiten Signalen 112, 114 bereitzustellen. Alternativ kann für die ersten und zweiten Antennenelementen 108, 110 jeweils eine Gleichrichtervorrichtung 124 vorgesehen sein, die unabhängig voneinander eine gemeinsame Last 102 direkt (unmittelbar) oder indirekt (mittelbar) bestromen. Die Gleichrichtervorrichtung 124 weist in verschiedenen Ausführungsformen einen oder jeweils einen mit den Antennenelementen 108, 110 verbundenen Signal/DC-Gleichrichter zum Empfangen der hochfrequenten Wechselstromsignale und zum Bereitstellen eines gleichgerichteten Gleichstroms 128 auf. Die Gleichrichtervorrichtung 124 weist beispielsweise eine LC-Schaltung oder jeweils eine LC-Schaltung je Antennenelement 108, 110 auf, die zum Empfangen von hochfrequenter (HF)-Energie in dem Frequenzbereich des Signals 112, 114 geeignet ist. Typischerweise enthält eine derartige Schaltung ein Induktor-Kondensator- (LC) -Netzwerk, das auf Resonanzen in dem Frequenzbereich des Signals 112, 114 anspricht, in dem das jeweilige Antennenelement 108, 110 verbunden ist derart, dass Signale 112, 114 in dem Frequenzbereich des absorbierbaren Signals 112/114 des Antennenelements 108/110 von einer LC-Schaltung absorbiert wird. Die Gleichrichtervorrichtung 124 kann ferner einen Verstärker, beispielsweise eine Transformatorschaltung, am Ausgang eines oder jeweils jedes Antennenelementes 108/110 aufweisen, um den HF-Ausgang beispielsweise mit einem Verstärkungsfaktor von 50 dB zu verstärken und stellt einen verstärkten HF-Wechselstromausgang bereit. Der verstärkte HF-Wechselstromausgang kann mit einem HF-Gleichrichter der Gleichrichtervorrichtung 124 verbunden sein. Der HF-Gleichrichter wandelt den verstärkten HF-Wechselstrom in Gleichstrom um. Der HF-Gleichrichter kann eine Gleichrichtervorrichtung und eine Kondensatormatrix aufweisen. Die Gleichrichtungsschaltung kann zum Beispiel eine Anordnung von Dioden oder Thyristoren sowie Kondensatoren und weitere Elemente aufweisen, beispielsweise einen Graetz-Brückengleichrichter, einem Vollwellengleichrichter, einem Halbwellengleichrichter und dergleichen. Der Strom von dem HF-Gleichrichter kann einer Kondensatormatrix zugeführt werden, die ein Array von Hochfrequenz-Mikrokondensatoren mit niedriger Impedanz und niedrigem Widerstand aufweisen kann, die parallel und in Reihe angeordnet sind, um die empfangene Ladung vorübergehend zu akkumulieren. Die Ladung der Kondensatormatrix kann beim Entladen als Strom 128 bereitgestellt werden oder dazu genutzt werden, den Ladestrom 132 für den wiederaufladbaren Energiespeicher 130 und/oder den Betriebsstrom 132 der Last 102 zu glätten. Die Mikrokondensatoren können sequentiell in Reihe geladen werden und gleichzeitig als ungeregelter Gleichstrom entladen werden und können einen ungeregelten gleichgerichteten Gleichstrom 128 liefern, der durch die Steuervorrichtung 126 geregelt werden kann.
Wie zuvor beschrieben kann die Energie-Erntevorrichtung 106 eine Steuervorrichtung 126 aufweisen, die mit der Gleichrichtervorrichtung 124 verbunden ist und eingerichtet ist, einen Betriebsstrom 134 für die Last 102 aus dem Strom 128 der Gleichrichtervorrichtung 124 an die Last 102 direkt und/oder indirekt mittels des wiederaufladbaren Energiespeichers 130 bereitzustellen. Die Steuervorrichtung 126 kann als eine integrierte Schaltung (IC), eine anwendungsspezifische Schaltung (ASIC) oder energiesparender Prozessor, beispielsweise ein ULP (ultra low power microcontroller), ausgeführt sein. Alternativ kann die Steuervorrichtung 126 ein programmierbares Programmprodukt sein, das einen programmierbaren Computer, einen programmierbaren Chip oder eine programmierbare Schaltung derart programmiert, dass es die für die Steuervorrichtung 126 vorgesehenen Funktionen ausführen kann.
Die Steuervorrichtung 126 kann beispielsweise eingerichtet sein, ein Leuchtmittel 102 abhängig von einem Ladezustand des wiederaufladbaren Energiespeichers 130 aus dem wiederaufladbaren Energiespeicher 130 oder aus der Gleichrichtervorrichtung 124 mit Betriebsstrom 134 zu versorgen.
Wie zuvor beschrieben kann die Energie-Erntevorrichtung 106 einen wiederaufladbaren Energiespeicher 130 aufweisen, der mit der Steuervorrichtung 126 und der Gleichrichtervorrichtung 124 gekoppelt ist. Der wiederaufladbare Energiespeicher 130 kann eine Vielzahl von Kondensatoren und/oder einen Akkumulator aufweisen. Der wiederaufladbare Energiespeicher 130 weist beispielsweise einen herkömmlichen Akkumulator auf, beispielsweise auf Metallhydrat oder Lithium-Basis.
Die Gleichrichtervorrichtung 124 kann eingerichtet sein, einen Ladestrom 132 zum Laden des wiederaufladbaren Energiespeichers 130 aus dem Strom 128 zu erzeugen. Die Steuervorrichtung 126 kann den erzeugten Strom 128 dem wiederaufladbaren Energiespeicher 130 zuführen.
Die Steuervorrichtung 126 kann eingerichtet sein, den Ladestrom 132 an den wiederaufladbaren Energiespeicher 130 zuzuführen und/oder abhängig von einem Ladezustand des wiederaufladbaren Energiespeichers 130, den Betriebsstrom 134 zumindest teilweise aus dem Energiespeicher 130 bereitzustellen und/oder den Betriebsstrom 134 zumindest teilweise aus dem Strom 128 bereitzustellen.
In verschiedenen Ausführungsformen weist die Energie-Erntevorrichtung 106 eine Empfangsvorrichtung 144 auf. Die Empfangsvorrichtung 144 ist zum Aufnehmen von Steuersignalen 146 einer Sendevorrichtung 148 zum Steuern der Steuervorrichtung 126 eingerichtet. Die Empfangsvorrichtung 144 ist mit der Steuervorrichtung 126 verbunden. Die Empfangsvorrichtung 144 ist eine Kommunikationsvorrichtung ausgewählt aus der Gruppe von: Infrarot IR-Empfänger, Bluetooth BT- oder Wi-Fi-Empfänger. Das Steuersignal 146 kann gemäß einem drahtlosen Kommunikationsprotokoll codiert sein. Das Steuersignal 146 kann beispielsweise eine Emission von Licht 104, eine Änderung der Eigenschaft des emittierten Lichts 104 beispielsweise der Lichtfarbe oder des Abstrahlungsprofils, oder ein Ändern der Energiequelle (108/110 vs. 130) oder ein Senden eines Steuersignals 140 bewirken.
Die Energie-Erntevorrichtung 106 kann ferner eine Sendevorrichtung 138 aufweisen, die zum Senden eines Steuersignales 140 eingerichtet ist, und mit der Steuervorrichtung 126 verbunden ist. Das Steuersignal 140 kann eine Aufforderung zum Senden eines drahtlosen Signals 112, 114 aufweisen. Die Energie-Sendevorrichtung 118 weist beispielsweise mindestens eine Empfangsantenne auf, die zum Empfangen eines Steuersignals 140 mit einer Aufforderung zum Senden eines drahtlosen Signals 112, 114 von einer Energie-Erntevorrichtung 106 eingerichtet ist. Die Energie-Sendevorrichtung 118 weist ferner eine Steuervorrichtung auf, die eingerichtet ist, die Sendeantenne derart anzusteuern, dass das Signal 112, 114 für eine vorgegebene Zeitdauer, beispielsweise in einem Bereich von 5 Minuten bis 6 Stunden, beispielsweise in einem Bereich von 30 Minuten bis 4 Stunden, emittiert wird, wenn das Steuersignal 140 mittels der Empfangsantenne empfangen wird. Es kann somit beispielsweise ein geschlossener Regelkreis (closed loop) zwischen der Energie-Erntevorrichtung 106 und einer entsprechenden Energie-Sendevorrichtung 118 realisiert sein, um die Energie-Ernte bedarfsgerecht zu optimieren. Dies ermöglicht beispielsweise eine Emission des Signals 112, 114, wenn in der Umgebung der Energie-Erntevorrichtung 106 die Leistungsdichte des Signals 112, 114 gering ist. Alternativ oder zusätzlich kann mittels des Steuersignals 140 bzw. 146 ein Wechsel des Frequenzbereiches bzw. ein Wechsel des Signals 112/114 kommuniziert werden. Mit anderen Worten, in verschiedenen Ausführungsformen ist die Energie-Erntevorrichtung 106 eingerichtet, um kommunikativ mit der Energie-Sendevorrichtung gekoppelt werden zu können. Dies ermöglicht, dass die Energie-Erntevorrichtung 106 die Energie-Sendevorrichtung auffordern kann bzw. eine Abfrage an diese senden kann, eine elektromagnetische Strahlung (Signal 112, 114) zu emittieren, um eine Energie in der Energie-Erntevorrichtung 106 zu erzeugen. Dies ermöglicht, die Energie-Ernte in der Energie-Erntevorrichtung 106 für den Fall zu erhöhen, dass die von der Energie-Erntevorrichtung 106 erzeugbare Energie aus der Umgebungsstrahlung einen Schwellenwert unterschreitet. Alternativ können/kann der Abfrage-Zeitpunkt und/oder die Dauer, in der die Energie-Sendevorrichtung das Signals auf die Abfrage 112, 114 hin emittiert, abhängig von einer Uhrzeit/Tageszeit, einem Strompreis oder einem Ladezustand eines mit der Energie-Erntevorrichtung 106 gekoppelten Energiespeichers eingestellt werden. Anschaulich kann die Sendeleistung der Energie-Sendevorrichtung durch eine Abfrage der Energie-Erntevorrichtung 106 gesteuert werden.
In verschiedenen Ausführungsformen können eine oder mehrere Energie-Sendevorrichtung(en) 116, 118 und/oder eine oder mehrere Energie-Erntevorrichtung 106(en) vorgesehen sein. Die Energie-Sendevorrichtung(en) und die Energie-Erntevorrichtung(en) 106 können eingerichtet sein, untereinander und/oder miteinander zu kommunizieren bzw. mittels der Signale 112, 114 Energie auszutauschen. Wenn zwei oder mehr Energie-Sendevorrichtung(en) 116, 118 Signale 112, 114 an eine Energie-Erntevorrichtung 1006 senden, kann die Sendeleistung der jeweiligen Energie-Sendevorrichtungen reduziert sein im Vergleich zu einer einzigen Energie-Sendevorrichtung. Dadurch können rechtliche Vorgaben und Bestimmungen bezüglich der Sendeleistung eingehalten werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann eine erste Energie-Erntevorrichtung 106 als eine Energie-Sendevorrichtung 116, 118 für eine zweite Energie-Erntevorrichtung 106 eingerichtet sein. Dies ermöglicht eine Umverteilung von Energie zwischen mehreren Energie-Erntevorrichtungen 106. Mit anderen Worten: die Energie-Erntevorrichtungen 106 können eine Relais-Wirkung aufweisen. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Sendevorrichtung 138 einer ersten Energie-Erntevorrichtung 106 beispielsweise eine Sendevorrichtung 116, 118 für eine zweite Energie-Erntevorrichtung 106 sein. Anschaulich kann die Energie-Erntevorrichtung 106 somit eine Sendevorrichtung 138 aufweisen, die mindestens eine Sendeantenne aufweist, die eingerichtet ist, ein Signal 112, 114 zu emittieren. Die Sendevorrichtung 138 kann mit der Steuervorrichtung 126 gekoppelt sein und ein Signal 112, 114 mittels der in dem wiederaufladbaren Energiespeicher 130 gespeicherten Energie an die zweite Energie-Erntevorrichtung 106 senden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Energie-Sendevorrichtung mehrere Sende-Antennenstrukturen aufweisen, die eingerichtet sind, elektromagnetische Strahlung gleichzeitig und/oder unabhängig voneinander in unterschiedliche Raumrichtungen, in unterschiedliche Polarisationsrichtungen und/oder in unterschiedlichen Frequenzbereichen zu emittieren.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die Steuervorrichtung 126 ferner zum Modulieren des Betriebsstroms 134 der Last 102 eingerichtet. Die Modulation erfolgt derart, dass das von einem Leuchtmittel 102 emittierte Licht 104 zur Lichtkommunikation modulierbar ist.
Die Sendevorrichtung 138 des elektrischen Bauelementes 100 kann derart eingerichtet sein, dass sie eine Richtcharakteristik aufweist. Beispielsweise kann die Sendevorrichtung 138 eingerichtet sein, dass der Abstrahlungskegel einen Öffnungswinkel im Bereich von 30 bis° 180 ° aufweist, beispielsweise im Bereich von 90 ° bis 120 °. Elektrische Bauelemente 100 sind häufig stationär oder quasi stationär eingerichtet, beispielsweise an Raumdecken oder stationär an Straßen. Dadurch werden Richtfunkstrecken zu Energie-Sendevorrichtungen 116, 118 ermöglicht, wodurch eine Reduzierung der Sendeleistung der Sendevorrichtung 138 der Energie-Erntevorrichtung 106 bzw. der Energie-Sendevorrichtung 118 ermöglicht wird.
In einer Umgebung mit wenig Streuung kann die Energie-Sendevorrichtung 118 zur gerichteten Emission des Signals 112, 114 eingerichtet sein (Richtfunk). Dadurch können beispielsweise unterschiedliche Energie-Erntevorrichtungen 106 in unterschiedlichen Richtungen „bestromt“ werden, beispielsweise simultan und in dem gleichen Frequenzbereich. Die Sendeleistung wird dabei von der Energie-Sendevorrichtung 118 gerichtet abgegeben, statt omnidirektional. Selbst in einer stark streuenden Umgebung ist eine „Bestromung“ mehrerer Energie-Erntevorrichtungen 106 möglich, da eine Phasenverschiebung der einzelnen Signale 112, 114, die durch Wegstreckenunterschiede verursacht werden, durch die Vielzahl von Antennenelementen 108, 110 kompensiert wird. Im Gegensatz zur Nachrichtentechnik kommt es bei der Energieerzeugung nicht auf den Informationsgehalt des Signals 112, 114 an, beispielsweise nicht auf die korrekte Bitfolge. Die Signale 112, 114 werden von der Energie-Erntevorrichtung 106 nicht untersucht bzw. interpretiert. Daher ist es vorteilhaft, falls die Energie-Erntevorrichtung 106 eine Sendevorrichtung 138 und/oder eine Empfangsvorrichtung 144 aufweist, dass deren Kommunikation in einem anderen Frequenzbereich erfolgt als dem des ersten und zweiten Signals 112, 114.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Energie-Sendevorrichtung 118 mehrere Sendeantennen aufweisen. Dadurch kann eine destruktive Interferenz am Ort des elektrischen Bauelementes 100 reduziert werden und/oder die Leistungsdichte der Signale 112/114 auf die einzelnen Sendeantennen aufgeteilt werden und/oder unterschiedliche Signale 112/114 (mit unterschiedlichen Frequenzbereichen) emittiert werden. Jede Sendeantenne der Energie-Sendevorrichtung 118 sendet damit einen Teil der zu übertragenden Energiemenge. Da die Sendeantennen räumlich verteilt sind (im Beispiel 5 GHz - Band reichte ein Abstand von 3 cm von Sendeantenne zu Sendeantenne) ist in einer stark streuenden Umgebung davon auszugehen, dass jede Energieteilmenge einen anderen Weg zur Energie-Erntevorrichtung 106 findet und ihn somit aus unterschiedlichen Richtungen erreicht. Ebenfalls möglich ist, dass die Energie-Sendevorrichtung 118 die Signale 112, 114 direkt auf die Energie-Erntevorrichtung 106 gerichtet sendet.
Die Energie-Sendevorrichtung 116, 118 kann eingerichtet sein, einen gerichteten Strahl elektromagnetischer Strahlung zu emittieren (Richtfunkstrecke). Die Energie-Sendevorrichtung 116, 118 kann eingerichtet sein, die Abstrahlungsrichtung (beispielsweise einen Raumwinkel) verstellbar einzustellen, beispielsweise gepulst in mindestens einen ersten Raumwinkel und einen zweiten Raumwinkel, der sich von dem ersten Raumwinkel unterscheidet, für eine einzige Energie-Erntevorrichtung 106, beispielsweise eine erste Richtfunkstrecke und eine zweite Richtfunkstrecke auszubilden oder abwechselnd für zwei oder mehr Energie-Erntevorrichtungen 106. Die Energie-Sendevorrichtung 116, 118 kann beispielsweise ein sogenanntes „phased array“ einer Vielzahl von Sendeantennen aufweisen, die jeweils zum Emittieren eines Signals 112, 114 derselben Frequenz und Phase eingerichtet sind. Die erste und zweite Richtfunkstrecke können durch Phasenverschiebung der einzelnen Signale der Sendeantennen erzeugt werden, ohne die Sendeantennen bewegen zu müssen. Dies ermöglicht, dass Signale 112, 114 mit großem Wegunterschied bei der Energie-Erntevorrichtung 106 ankommen können. Dies reduziert die Strahlenbelastung, der von der Energie-Sendevorrichtung 116, 118 in eine einzige Raumrichtung emittierten elektromagnetischen Strahlung (Signale 112, 114). Zudem kann dadurch ein Dauerbetrieb der Strahlungsquelle in einen Raumwinkel verhindert werden. Zudem wird dadurch eine höhere Stromversorgung für die Energie-Erntevorrichtung 106 ermöglicht.
In einem Beispiel wird eine Energie-Sendevorrichtung 118 zum Betreiben einer Energie-Erntevorrichtung 106 bereitgestellt. Die Energie-Sendevorrichtung 118 weist mindestens eine Sendeantenne auf, die eingerichtet ist, ein Signal zu emittieren, dass von Antennenelementen 108, 110 der Energie-Erntevorrichtung 106 gemäß verschiedenen Ausführungsformen absorbierbar ist; mindestens eine Empfangsantenne, die zum Empfangen des Steuersignals 140 eingerichtet ist, das von der Sendevorrichtung 138 der Energie-Erntevorrichtung 106 emittiert wird. Die Sendevorrichtung 138 der Energie-Erntevorrichtung 106 ist zum Senden eines Steuersignales 140 eingerichtet und ist mit der Steuervorrichtung 126 verbunden, wobei das Steuersignal 140 eine Aufforderung zum Senden eines drahtlosen Signals 112, 114 aufweist. Die Steuervorrichtung der Energie-Sendevorrichtung 116,118 ist eingerichtet, die Sendeantenne(n) derart anzusteuern, dass das von den Antennenelementen 108, 110 der Energie-Erntevorrichtung 106 absorbierbare Signal 112, 114 emittiert wird, wenn das von der Energie-Erntevorrichtung 106 emittierte Steuersignal 140 mittels der Empfangsantenne der Energie-Sendevorrichtung 116, 118 empfangen wird. Dies ermöglicht eine sichere, drahtlose Energieübertragung zur Energie-Erntevorrichtung 106, für den Fall, dass die Energie, die durch die Energie-Erntevorrichtung 106 aus den Umgebungs-HF-Signalen erzeugt werden kann, zu gering ist. Alternativ kann die Energie-Erntevorrichtung 106 auch in einem Frequenzbereich bestromt werden, der nicht für die Nachrichtentechnik verwendet wird. In diesem Fall dient die Energie-Sendevorrichtung 1116, 118 als „Netzteil“ für die Energie-Erntevorrichtung 106. Zwischen der Energie-Sendevorrichtung und der Energie-Erntevorrichtung 106 kann jedoch ein großer, drahtloser Abstand, beispielsweise von einigen Metern, realisiert werden. Das von der Energie-Sendevorrichtung 116, 118 emittierte Signal 112, 114 kann ein einfaches geometrisches Signal, beispielsweise ein Sinus-Signal, oder eine Puls-Folge sein. Eine informationstechnische Modulation des Signals, beispielsweise in Form einer Bit-Folge, durch die Energie-Sendevorrichtung ist für die Energie-Ernte nicht erforderlich. Die Abstrahlung des Signals von der Energie-Sendevorrichtung zur Energie-Erntevorrichtung 106 kann als Richtfunkstrecke eingerichtet sein (da Energie-Erntevorrichtungen 106 häufig stationär bzw. quasi-stationär sind) oder omnidirektional abstrahlen. Das Einschalten der Energie-Sendevorrichtung 116, 118 mittels des Steuersignals 140 der Energie-Erntevorrichtung 106 ermöglicht eine Reduzierung der Strahlenbelastung, da die Energie-Sendevorrichtung 116, 118 nur dann sendend geschaltet werden braucht, wenn das HF-Signal der Umgebung zu schwach ist.
In verschiedenen Ausführungsformen weist ein elektrisches Bauelement 100 die Energie-Erntevorrichtung 106 gemäß verschiedenen Ausführungsformen und eine Last 102 auf, die mit der Steuervorrichtung 126 und/oder der Gleichrichtervorrichtung 124 gekoppelt ist, wobei der Betriebsstrom 134 ein Strom zu Betreiben der Last 102 ist.
Das elektrische Bauelement 100 ist beispielsweise als Allgemeinbeleuchtung zur Beleuchtung geschlossener Räume, beispielsweise Fahrzeuginnräume, Wohnräume, Büroraume, oder zur Beleuchtung öffentlicher Räume, beispielsweise Straßen oder Plätze, eingerichtet. Ein Fahrzeuginnenraum ist beispielsweise die Kabine eines Kraftfahrzeuges, eines Flugzeuges oder eines Schiffs. Es kann eine Vielzahl von Leuchtmitteln mit einer gemeinsamen Energie-Erntevorrichtung 106 verbunden sein.
Die Last 102 weist beispielsweise mindestens eine Leuchtdiode (LED), eine organische Leuchtdiode (OLED) oder eine Laserdiode auf.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein elektrischer Hohlleiter vorgesehen sein, der eine Energie-Sendevorrichtung 116, 118 mit mindestens einer Energie-Erntevorrichtung 106 koppelt. Der elektrische Hohlleiter kann beispielsweise ein Teil einer übergeordneten Struktur sein oder in dieser integriert sein. Der elektrische Hohlleiter kann beispielsweise Teil einer Fahrzeugkarosserie sein, in der die Energie-Sendevorrichtung 116, 118 und die Energie-Erntevorrichtung 106 integriert sind. Die Signale 112, 114 werden von der Energie-Sendevorrichtung 116, 118 durch den elektrischen Hohlleiter an die Energie-Erntevorrichtung 106 bereitgestellt. Dies ermöglicht, dass die Anzahl von Kabeln in der Fahrzeugkarosserie reduziert werden kann. Dies kann beispielsweise in Gelenkbereichen, beispielsweise im Bereich von Türscharnieren, von Vorteil sein, bei denen Kabel häufigen mechanischen Belastungen unterliegen, die zu einem Kabelbruch führen können.
In verschiedenen Ausführungsformen ist zwischen den Antennenelementen 108, 110 und der Gleichrichtervorrichtung 124 eine Diode vorgesehen, um eine (Re-)Emission der Antennenelemente 108, 110 zu reduzieren. Der elektrische Pfad von den Antennenelementen 108, 110 zu der Transformatorstruktur kann frei sein von einer Verstärker-Stufe, einer Filter-Stufe und/oder einer Mixer-Stufe. Dies kann den Energieverbrauch der Energie-Erntevorrichtung 106 reduzieren.
In verschiedenen Ausführungsformen sind die Antennenelemente 108, 110 jeweils mit einem Bandpassfilter gekoppelt. Dies ermöglicht den Frequenzbereich der empfangenen elektromagnetischen Strahlung auf einen Resonanzfrequenzbereich der Energie-Erntevorrichtung 106 einzustellen. Weiterhin können mehrere Bandpassfilter mit jeweils unterschiedlichem Bandpass-Frequenzbereich mit den Antennenelementen 108, 110 gekoppelt sein, um einen breiten Frequenzbereich der empfangenen elektromagnetischen Strahlung auf mehrere Resonanzfrequenzbereiche der Energie-Erntevorrichtung 106 einzustellen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Energie-Erntevorrichtung 106 anschaulich eine Vielzahl von Energieerzeugungskanälen, beispielsweise für zueinander unterschiedliche oder teilweise überlappende Frequenzbereiche aufweisen. Die Energie-Erntevorrichtung kann ferner die Steuervorrichtung 126 aufweisen, die eingerichtet ist, die Ausgabe-Ströme der Energieerzeugungskanäle zu synchronisieren. Die Steuervorrichtung 126 kann dazu einen Phasenschieber aufweisen oder mit einem solchen gekoppelt sein.
Die Last 102, beispielsweise eine dimmbare Leuchte, kann eingerichtet sein, den Verbrauch zu reduzieren, beispielsweise bei einer dimmbaren Leuchte, die Lichtemission zu reduzieren (zu dimmen); wenn der Betriebsstrom 134, der von der Energie-Erntevorrichtung 106 erzeugt werden kann, zu gering für einen Volllastbetrieb der Last 102 ist. Der gedimmte Betrieb kann die Unterversorgung der Energie-Erntevorrichtung 106 anzeigen bzw. darstellen.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die Energie-Sendevorrichtung 116, 118 eingerichtet, Signale 112, 114 (elektromagnetische Strahlungen) einer Vielzahl unterschiedlicher, beispielsweise nicht-überlappender Frequenzbereiche zu emittieren. Die Signale 112, 114 unterschiedlicher Frequenzbereiche kann beispielsweise abwechselnd, nacheinander, zufällig oder zumindest teilweise gleichzeitig emittiert werden, beispielsweise als Pulsfolge. Dies ermöglicht die maximale Strahlungsleistung in jeweils einem Frequenzbereich zu reduzieren bzw. die Sendeleistung der Energie-Sendevorrichtung 116, 118 durch Vermeidung eines Dauerbetriebs zu erhöhen.
In verschiedenen Ausführungsformen weist die Energie-Sendevorrichtung 116, 118 eine Antennenvorrichtung mit einem oder mehreren Sendeelementen auf, die eingerichtet ist, eine elektromagnetische Strahlung mindestens eines Frequenzbereiches in eine vorgegebene Richtung, beispielsweise in einen vorgegebenen Raumwinkel oder Raumwinkelbereich, beispielsweise als eine Funkstrecke, zu emittieren. Die Energie-Sendevorrichtung 116, 118 kann beispielsweise eingerichtet sein, auf einer (im Wesentlichen) ebenen Oberfläche angebracht zu werden, beispielsweise an einer Wand oder einer Raumdecke montiert zu werden. Die Antennenvorrichtung kann in diesem Fall eingerichtet sein, die elektromagnetische Strahlung nur in einen Halbraum oder einem Teil eines Halbraums zu emittieren.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die Energie-Sendevorrichtung eingerichtet eine elektromagnetische Strahlung in einem Amateurfunkband zu emittieren, beispielsweise in einem Frequenzbereich von 1.850 MHz bis 1.890 MHz mit einer Sendeleistung bis zu 75 Watt; und die Energie-Erntevorrichtung 106 ist eingerichtet, diese elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise zu absorbieren und in einen Gleichstrom umzuwandeln, beispielsweise zum Laden eines wiederaufladbaren Energiespeichers 130 oder um Betreiben der Last 102, der/die mit der Energie-Erntevorrichtung 106 gekoppelt ist/sind.
In verschiedenen Ausführungsformen ist ein Computer-lesbares Programmprodukt bereitgestellt, das eine Energie-Erntevorrichtung 106 bzw. eine Energie-Sendevorrichtung dazu veranlasst, eine der genannten Funktionen auszuführen.
In verschiedenen Ausführungsformen weist die Energie-Erntevorrichtung 106 eine Vielzahl von unabhängigen Antennenelementen 108, 110 auf, die zum invertierten Phasenschieben eingerichtet sind. Mit anderen Worten: die Antennenelemente 108, 110 können zum Empfangen elektromagnetischer Strahlung der gleichen Frequenz (gleiche Signale 112, 114) und innerhalb der Kohärenzlänge eingerichtet sein und einen Phasenschieber aufweisen, um die Phase der empfangenen Signale 112, 114 zu verschieben. Dies ermöglicht eine resonante bzw. konstruktiv interferierende elektromagnetische Strahlung in der Vielzahl von Antennenelementen 108, 110 zu empfangen und daraus einen geglätteten Ladestrom bzw. geglätteten Betriebsstrom 134 zu erzeugen.
Alternativ ermöglicht dies auch eine Ortung bzw. Richtungsbestimmung einer Energie-Sendevorrichtung 116, 118 bzw. eines bevorzugten Ausbreitungspfades eines Signals 112, 114 einer Energie-Sendevorrichtung 116, 118 oder ein Abtasten unterschiedlicher Raumrichtungen nach einer höchsten Signalstärke. Die erfasste Signalstärke in einer Raumrichtung kann von der Energie-Erntevorrichtung 106 an die Energie-Sendevorrichtung 116, 118 übermittelt werden, beispielsweise mittels der Sendevorrichtung 138. Ein Abtasten unterschiedlicher Raumrichtungen kann zusammen mit der kommunikativen Rückmeldung der ermittelten Signalstärke durch die Energie-Erntevorrichtung 106 die Ermittlung eines Übertragungsweges mit maximaler Signalübertragung zwischen der Energie-Sendevorrichtung und der Energie-Erntevorrichtung 106 ermöglichen. Dieses Mapping aus Sende-Richtung der Energie-Sendevorrichtung 116, 118 und Empfangsrichtung der Energie-Erntevorrichtung 106 kann beim bzw. zum Aufbau einer Funkstrecke zwischen der Energie-Sendevorrichtung 116, 118 und der Energie-Erntevorrichtung 106 oder regelmäßig erfolgen. Dies ermöglicht eine optimale Energieübertragung, beispielsweise für den Fall, dass eine direkte Verbindung (Sichtverbindung) zwischen Energie-Sendevorrichtung 116, 118 und Energie-Erntevorrichtung 106 durch eines oder mehrere Objekte blockiert ist. Dies ermöglicht ein Platzieren und Betreiben der Energie-Erntevorrichtung 106 frei im Raum.
In verschiedenen Ausführungsformen ist das elektrische Bauelement 100, welche die Energie-Erntevorrichtung 106 und die Last 102 aufweist, derart eingerichtet, dass die Last 102 nach dem Einschalten in einem gedimmten Zustand angesteuert wird derart, dass die Last 102 aus der direkt aus der Energie-Erntevorrichtung 106 erzeugten Energie bestromt wird. Mit anderen Worten: nach dem Einschalten des elektrischen Bauelementes 100 kann die Last 102 mittels der Steuervorrichtung 126 derart angesteuert werden, dass sie durch die Energie-Erntevorrichtung 106 alleine bestromt wird. Falls eine höhere Leistung erforderlich ist, beispielsweise mehr Licht von einer Leuchte (als Last 102 des elektrischen Bauelementes 100) emittiert werden soll, kann die zusätzliche Energie aus einem Energiespeicher 130 des elektrischen Bauelementes 100 an die Leuchte zugeführt werden und/oder die Last 102 kann mehr Energie von einer oder mehreren Energie-Sendevorrichtung(en) 116, 118 anfordern.
In verschiedenen Ausführungsformen weist die Energie-Sendevorrichtung 116, 118 eine oder mehrere Übergewinn-Antennenstruktur(en) auf. Dies ermöglicht eine beliebige nichtlineare Phasenverteilung. Dadurch kann beispielsweise die Größe der Hauptkeule abnehmen während der Richtfaktor zunimmt. Dies ermöglicht eine verbesserte Energieübertragung bei nur einer bzw. je Funkstrecke (Übertragungsverbindung) zwischen einer Energie-Erntevorrichtung 106 und einer Energie-Sendevorrichtung 116, 118 zu einem Zeitpunkt. Dadurch kann eine unnötige Emission in andere Raumrichtungen reduziert werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Energie-Sendevorrichtung 116, 118 eingerichtet sein, ein pulsmoduliertes Signal 112, 114 zu emittieren. Die Pulse können beispielsweise proportional zu einer Sendeleistung in einem Bereich von 1 Watt bis 150 Watt sein. In der Energie-Erntevorrichtung 106 können diese Pulse geglättet werden, beispielsweise die Amplitude reduziert und die Pulsweite vergrößert werden, beispielsweise mittels eines Schwingkreises oder einer Kondensatoranordnung, die mit den Antennenelementen 108, 110 der Energie-Erntevorrichtung 106 gekoppelt ist, beispielsweise in der Gleichrichtervorrichtung 124. Dies ermöglicht, dass die Absorption der emittierten elektromagnetischen Strahlung (Signale 112, 114) in biologischem Gewebe reduziert werden kann, beispielsweise da dieses für die Anregung durch einen Puls zu träge ist. Alternativ oder zusätzlich kann ein geglätteter, beispielsweise konstanter, Ladestrom in der Energie-Erntevorrichtung 106 erzeugt werden.
In verschiedenen Ausführungsformen ist das elektrische Bauelement 100 eine Erfassungsstruktur 100 mit einem Erfassungselement 102, das zum Erfassen eines Umgebungsparameters der Erfassungsstruktur 100 eingerichtet ist (Funktion 104). Das Erfassungselement 102 ist beispielsweise ein Temperatursensor, ein Drucksensor, ein Rauchsensor, als Beispiel. Die Erfassungsstruktur 100 kann eine Sendevorrichtung 138 gemäß einer oben beschriebenen Ausführungsform aufweisen. Die Erfassungsstruktur 100 kann zudem eingerichtet sein, den erfassten Umgebungsparameter mittels der Sendevorrichtung 138 zu übermitteln, beispielsweise an einen Server oder eine weitere Erfassungsstruktur 100. Alternativ oder zusätzlich kann die Erfassungsstruktur 100 eingerichtet sein, eine Nachricht, beispielsweise eine Rundfunk-Nachricht, an eine oder mehrere weitere Erfassungsstruktur(en) 100 zu übermitteln, wenn der erfasste Umgebungsparameter einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, beispielsweise Nachricht von einem Feuermelder an einen oder mehrere andere Feuermelder, falls ein Feuer detektiert wurde.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die Energie-Erntevorrichtung 106 monolithisch in einem elektrischen Bauelement 100 mit einer Last 102, die mittels der Energie-Erntevorrichtung 106 bestromt wird, integriert. Alternativ kann die Energie-Erntevorrichtung 106 modular in dem elektrischen Bauelement 100 ergänzt werden bzw. eingebaut sein, wie in der 2B und 3B veranschaulicht ist und nachfolgend beschrieben ist.
Die Energie-Erntevorrichtung 106 kann ein Gehäuse 206 mit mindestens einem elektrischen Kontakt 208, 210 aufweisen. Das Gehäuse 206 umgibt zumindest die Vielzahl von Antennenelementen 108, 110 und die Gleichrichtervorrichtung 124. Der mindestens eine elektrische Kontakt 208, 210 des Gehäuses 206 ist mit der Gleichrichtervorrichtung 124 gekoppelt. Ein Strom 128, 132, 134 der Energie-Erntevorrichtung 106 kann an dem elektrischen Kontakt 208, 210 bereitgestellt werden.
In der in 2B veranschaulichten Ausführungsform ist das Gehäuse 206 als ein Adapter 206 für einen herkömmlichen Sockel 200 eingerichtet. In 2A ist ein Vergleichsbeispiel veranschaulicht, in dem ein Sockel 200 einen Aufnahmebereich 202 zum Aufnehmen und Kontaktieren eines elektrischen Kontaktes 204 eines herkömmlichen elektrischen Bauelementes (Last 102) aufweist. Der Sockel 200 kann beispielsweise ein Schraubsockel 200 für eine Lampe oder ein Leuchtmittel oder ein Stecksockel für einen Chip sein, beispielsweise einen integrierten Chip (IC), einen anwendungsspezifischen IC (ASIC) oder eine (Organische) Leuchtdiode (O)LED.
Der Adapter 206 ist eingerichtet, so dass das Gehäuse 206 in dem Aufnahmebereich 202 des Sockels 200 aufgenommen werden kann und zudem die Last 102 (das elektrische Bauelement) in dem Gehäuse 206 aufgenommen werden kann. Der mindestens eine elektrische Kontakt 208 des Gehäuses 206 ist eingerichtet, mindestens einen elektrischen Kontakt 204 der in dem Gehäuse 206 aufgenommenen Last 102 zu kontaktieren. Dadurch kann die Last 102 mittels der Energie-Erntevorrichtung 106 in dem Gehäuse 206 mit elektrischer Energie versorgt werden.
Anschaulich ist die Energie-Erntevorrichtung 106 in verschiedenen Ausführungsformen eingerichtet, in einen herkömmlichen Sockel 200 einer Last 102 zu passen und die elektrischen Kontakte komplementär zu den Kontakten des Sockels 200 für die Last 102 bereitzustellen. Dies ermöglicht es, die Energie-Erntevorrichtung 106 als Adapter 206 zur Stromversorgung der Last 102 zu verwenden. Beispielsweise kann die Energie-Erntevorrichtung 106 eingerichtet sein, in einen herkömmlichen Lampensockel eingeschraubt zu werden und eine herkömmliche Lampe aufzunehmen, um die herkömmliche Lampe mittels der Energie-Erntevorrichtung 106 zu bestromen.
Das Gehäuse 206 kann in verschiedenen Ausführungsformen mindestens einen zusätzlichen Kontakt 210 aufweisen, der mit dem Sockel 200 elektrisch leitfähig verbunden sein kann. Die Last 102 kann (wahlweise) durch den Adapter 206 und den Sockel 200 kabelgebunden mit Energie versorgt werden oder drahtlos durch die Energie-Erntevorrichtung 106 in dem Adapter 206. Eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen Adapter 206 und Sockel 200 kann optional sein.
Der Adapter 206 kann zudem eingerichtet sein, den Sockel 200 mit elektrischer Energie zu versorgen. Der Adapter 206 kann zudem eingerichtet sein, eine Kommunikationsverbindung zwischen dem Sockel 200 und der Last 102 bereitzustellen, beispielsweise durch den zusätzlichen Kontakt 210.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein zusätzlicher Kontakt 210 des Adapters 206 mit einem Masse-Potential, der Gleichrichtervorrichtung 124 und/oder einem externen Anschluss, beispielsweise einem Bezugs- oder Referenzpotential des Sockels 200, gekoppelt sein.
Alternativ kann der Adapter 206 eingerichtet sein dem Sockel 200 einen Strom 128, 132 zu zuführen, wobei in diesem Fall der Sockel 200 die Last 102 ist. Der Adapter 206 bzw. das Gehäuse 206 mit der Energie-Erntevorrichtung sind in diesem Fall zur modularen Ergänzung eingerichtet. Eine weitere Last 102 kann optional mit dem Adapter 206 gekoppelt sein, ist jedoch nicht zwingend erforderlich (in 2A, B nicht veranschaulicht).
In der in 3B veranschaulichten Ausführungsform ist das Gehäuse 206 als eine Ersatzstruktur 206 für eine oder mehrere Batterien 306 für ein Batteriefach 302 eingerichtet. In 3A ist ein Vergleichsbeispiel veranschaulicht, in dem ein herkömmliches batteriebetriebenes elektrisches Bauelement 100 ein Batteriefach 302 mit Batterien 306 aufweist. Eine Batterie 306 kann beispielsweise die Bauform einer 9V-Blockbatterie, einer AA-Batterie, einer AAA-Batterie oder einer wiederaufladbaren Batterie, beispielsweise in Form eines Akkus eines Mobiltelefons, haben. Das elektrische Bauelement 100 kann eine oder mehrere solcher Batterien 306 für den Betrieb benötigen und entsprechend ist das Batteriefach 302 in Form, Größe und Art der Kontakte 304, 308 eingerichtet. Beispielsweise kann das Batteriefach 302 einen elektrischen Kontakt 308 aufweisen, um zwei Batterien 306 in Reihe miteinander zu verschalten.
Die Ersatzstruktur 206 kann derart eingerichtet sein, in dem Aufnahmebereich des Batteriefachs 302 aufgenommen zu werden und den mindestens einen elektrischen Kontakt 304 des Batteriefachs 302 im aufgenommenen Zustand (3B) zu kontaktieren. Dies ermöglicht es, das Batterie-betriebene Bauelement 100 mittels der Energie-Erntevorrichtung 106 zu betreiben.
Das Gehäuse 206 kann in verschiedenen Ausführungsformen mindestens einen zusätzlichen Kontakt aufweisen, der mit dem elektrischen Bauelement 100 elektrisch leitfähig verbunden sein kann. Die Ersatzstruktur 206 kann beispielsweise eingerichtet sein, eine Kommunikationsverbindung zwischen dem elektrischen Bauelement 100 und der Energie-Erntevorrichtung 106 in der Ersatzstruktur 206 bereitzustellen, beispielsweise durch den zusätzlichen Kontakt.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein zusätzlicher Kontakt der Ersatzstruktur 206 mit einem Masse-Potential, der Gleichrichtervorrichtung 124 und/oder einem externen Anschluss, beispielsweise einem Bezugs- oder Referenzpotential des elektrischen Geräts 100 gekoppelt sein.
Eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der Ersatzstruktur 206 und dem elektrischen Kontakt 308, der zum Ausbilden der Reihenschaltung von Batterien 306 in dem Batteriefach 302 vorgesehen ist, kann optional sein.
4 veranschaulicht ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zum Betreiben eines elektrischen Bauelements 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen auf.
Das elektrische Bauelement weist eine zuvor beschriebene Energie-Erntevorrichtung auf.
Das Verfahren 400 weist ein Erzeugen S1, mittels der Gleichrichtervorrichtung 124, eines Stroms 128 aus dem drahtlosen Signal 112, 114 auf.
Das Verfahren 400 weist weiterhin ein Ermitteln S2 auf, ob der erzeugte Strom 128 größer als ein erster Schwellenwert zum Betreiben einer Last 102 ist.
Wenn der erzeugte Strom 128 gleich oder größer als ein erster Schwellenwert ist (S2A), wird ein Teil des Stroms 128 von der Gleichrichtervorrichtung 124 als Betriebsstrom 134 an die Last 102 zugeführt und ein weiterer Teil einem wiederaufladbaren Energiespeicher 130.
Wenn der erzeugte Strom 128 gleich oder größer als der erste Schwellenwert ist und gleich oder größer als ein zweiter Schwellenwert ist (S2C), wird ein Teil des Stroms 128 von der Gleichrichtervorrichtung 124 als Betriebsstrom 134 an die Last 102 bereitgestellt und ein weiterer Teil des Stroms 128 dem wiederaufladbaren Energiespeicher 130 zugeführt.
Wenn der erzeugte Strom 128 kleiner als der erste Schwellenwert ist (S2B), wird der Strom 128 dem Leuchtmittel 102 als ein Teil des Betriebsstrom 134 zugeführt und ein weiterer Teil des Betriebsstroms 134 von dem wiederaufladbaren Energiespeicher 130 an die Last 102 zugeführt wird.
Sollte der erzeugte Strom 128 und der Entladestrom bzw. eine Ladezustand eines wiederaufladbaren Energiespeichers 130 kleiner als ein dritter Schwellenwert sein, kann bei entsprechend ausgestalteter Energie-Erntevorrichtung 106 (siehe oben) die Energie-Erntevorrichtung 106 ein Steuersignal 140 emittieren. Das Steuersignal 140 veranlasst eine Energie-Sendevorrichtung 118 dazu, ein Signal 112, 114 für eine vorbestimmte Zeitdauer, beispielsweise in einem Bereich von 5 min bis 6 Stunden, zu emittieren. Das Signal 112, 114 ist derart ausgestaltet, das es ausreichend ist, um von der Energie-Erntevorrichtung 106 in Betriebsstrom 134 umgewandelt zu werden.
Alternativ weist das Verfahren 400 auf: ein Erzeugen S1, mittels der Gleichrichtervorrichtung 124, eines Stroms 128 aus dem drahtlosen Signal 112, 114; ein Ermitteln S2 ob der erzeugte Strom 128 größer als ein Schwellenwert zum Betreiben der Last 102 ist; und: wenn der erzeugte Strom 128 gleich oder größer als der Schwellenwert ist S2A: ein Zuführen mindestens eines Teils des Stroms 128 als Betriebsstrom 134 von der Gleichrichtervorrichtung 124 an die Last 102; und wenn der erzeugte Strom 128 kleiner als der Schwellenwert ist S2B: Zuführen des Stroms 128 als Teil des Betriebsstrom 134 von der Gleichrichtervorrichtung 124 an die Last 102 und eines weiteren Teils des Betriebsstroms 134 von dem wiederaufladbaren Energiespeicher 130 an die Last 102.
In einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben einer Beleuchtungsvorrichtung mit mindestens einem Leuchtmittel bereitgestellt, das mit einer Energie-Erntevorrichtung 106 verbunden ist. Die Energie-Erntevorrichtung 106 weist auf: eine Vielzahl von Antennenelementen, die jeweils zum Aufnehmen eines drahtlosen Signals eines Frequenzbereiches eingerichtet sind, wobei zwischen den Antennenelementen ein lateraler Abstand vorgesehen ist,; eine Gleichrichtervorrichtung, die mit den Antennenelementen gekoppelt ist und eingerichtet ist, einen Strom aus dem drahtlosen Signal bereitzustellen; und eine Steuervorrichtung, die mit der Gleichrichtervorrichtung verbunden ist und eingerichtet ist, einen Betriebsstrom für das Leuchtmittel aus dem Strom der Gleichrichtervorrichtung an das Leuchtmittel bereitzustellen; einen wiederaufladbaren Energiespeicher, der mit der Steuervorrichtung 126 und der Gleichrichtervorrichtung gekoppelt ist, wobei Gleichrichtervorrichtung eingerichtet ist, einen Ladestrom zum Laden des wiederaufladbaren Energiespeichers aus dem Strom zu erzeugen, und die Steuervorrichtung 126 den erzeugten Strom der wiederaufladbaren Energiespeicher zuführt; wobei die Steuervorrichtung 126 eingerichtet ist, das mindestens eine Leuchtmittel abhängig von einem Ladezustand des wiederaufladbaren Energiespeichers aus dem wiederaufladbaren Energiespeicher oder aus der Gleichrichtervorrichtung zu bestromen. Das Verfahren weist auf: ein Erzeugen, mittels der Gleichrichtervorrichtung, eines Stromes aus dem drahtlosen Signal; ein Ermitteln ob der erzeugte Strom größer als ein erster Schwellenwert zum Betreiben des Leuchtmittels überschreitet; und: wenn der erzeugte Strom gleich oder größer als der Schwellenwert ist: ein Zuführen mindestens eines Teils des Stromes als Betriebsstrom an das Leuchtmittel von der Gleichrichtervorrichtung; und wenn der erzeugte Strom kleiner als der Schwellenwert ist: ein Zuführen des Stromes als Teil des Betriebsstroms an das Leuchtmittel von der Gleichrichtervorrichtung und eines weiteren Teils des Betriebsstromes an das Leuchtmittel von dem wiederaufladbaren Energiespeicher. Dies ermöglicht eine sichere, drahtlose Energieversorgung des Leuchtmittels, da der wiederaufladbare Energiespeicher für signalarme Zeiten als Energiereserve verbleibt.
Die Gleichrichtervorrichtung 124 kann einen Ladestrom 132 zum Laden des wiederaufladbaren Energiespeichers 130 aus dem Signal 112, 114 erzeugen. Die Steuervorrichtung 126 führt den erzeugten Strom 128 dem wiederaufladbaren Energiespeicher 130 zu. Der Betriebsstrom 134 für die Last 102 kann in diesem Fall aus dem wiederaufladbaren Energiespeicher 130 bereitgestellt werden (als Entladestrom des wiederaufladbaren Energiespeichers 130). Alternativ oder zusätzlich kann der Betriebsstrom 134 aus dem erzeugten Strom 128 bereitgestellt werden.
Mit anderen Worten: in verschiedenen Ausführungsformen ist die Steuervorrichtung 126 derart eingerichtet, dass das mindestens eine Leuchtmittel 102 abhängig von einem Ladezustand des wiederaufladbaren Energiespeichers 130 aus dem wiederaufladbaren Energiespeicher 130 oder aus der Gleichrichtervorrichtung 124 mit Betriebsstrom 134 versorgt wird.
Nachfolgende Beispiele dienen lediglich zur Veranschaulichung unterschiedlicher, zuvor beschriebener Ausführungsformen.
Beispiel 1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung mit mindestens einem Leuchtmittel, das mit einer Energieerzeugungsvorrichtung verbunden ist, wobei die Energieerzeugungsvorrichtung aufweist: eine Vielzahl von Antennenelementen, die jeweils zum Aufnehmen eines drahtlosen Signals eines Frequenzbereiches eingerichtet sind, wobei zwischen den Antennenelementen ein Abstand vorgesehen ist; eine Transformatorvorrichtung, die mit den Antennenelementen gekoppelt ist und eingerichtet ist, einen Strom aus dem drahtlosen Signal bereitzustellen; und eine Steuervorrichtung, die mit der Transformatorvorrichtung verbunden ist und eingerichtet ist, einen Betriebsstrom für das Leuchtmittel aus dem Strom der Transformatorvorrichtung an das Leuchtmittel bereitzustellen.
Beispiel 2 ist eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß Beispiel 1, wobei die Vielzahl an Antennenelementen eine Vielzahl von Antennenpaaren aufweist, wobei benachbarte Antennenpaare im Abstand voneinander angeordnet sind, wobei die Antennenpaare jeweils mindestens zwei Antennenelemente aufweisen, die bezüglich ihrer Hauptabsorptionsrichtung von Signalen in einem Winkel von ungefähr 90 ° zueinander angeordnet sind.
Beispiel 3 ist eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß Beispiel 1 oder 2, wobei die Energieerzeugungsvorrichtung eine Vielzahl von ersten Antennenelementen aufweist, die jeweils zum Aufnehmen eines drahtlosen Signals eines ersten Frequenzbereiches eingerichtet sind, und eine Vielzahl von zweiten Antennenelementen aufweist, die jeweils zum Aufnehmen eines drahtlosen Signals eines zweiten Frequenzbereiches eigerichtet sind, wobei der zweite Frequenzbereich unterschiedlich zu dem ersten Frequenzbereich ist, und wobei zwischen den ersten Antennenelementen jeweils ein erster Abstand vorgesehen ist und zwischen den zweiten Antennenelementen jeweils ein zweiter Abstand vorgesehen ist; wobei die Transformatorvorrichtung mit den ersten Antennenelementen und den zweiten Antennenelementen gekoppelt ist und eingerichtet ist, einen Strom aus den ersten drahtlosen Signalen und den zweiten drahtlosen Signalen bereitzustellen.
Beispiel 4 ist eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß Beispiel 1, wobei die Vielzahl erster Antennenelemente eine Vielzahl von Antennenpaaren aufweist, wobei benachbarte Antennenpaare im ersten Abstand voneinander angeordnet sind; und/oder wobei die Vielzahl zweiter Antennenelemente eine Vielzahl von Antennenpaaren aufweist, wobei benachbarte Antennenpaare im zweiten Abstand voneinander angeordnet sind, wobei die Antennenpaare jeweils mindestens zwei Antennenelemente aufweisen, die bezüglich ihrer Hauptabsorptionsrichtung von Signalen in einem Winkel von ungefähr 90 ° zueinander angeordnet sind.
Beispiel 5 ist eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Beispiele, ferner aufweisend: einen wiederaufladbaren Energiespeicher, der mit der Steuervorrichtung und der Transformatorvorrichtung gekoppelt ist, wobei Transformatorvorrichtung eingerichtet ist, einen Ladestrom zum Laden des wiederaufladbaren Energiespeichers aus dem Strom zu erzeugen, und die Steuervorrichtung den erzeugten Strom der wiederaufladbaren Energiespeicher zuführt; wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, das mindestens eine Leuchtmittel abhängig von einem Ladezustand des wiederaufladbaren Energiespeichers aus dem wiederaufladbaren Energiespeicher oder aus der Transformatorvorrichtung mit Betriebsstrom zu versorgen.
Beispiel 6 ist eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Beispiele, ferner aufweisend: eine Empfangsvorrichtung, die zum Aufnehmen von Steuersignalen zum Steuern der Steuervorrichtung eingerichtet ist, und mit der Steuervorrichtung verbunden ist, wobei die Empfangsvorrichtung eine Kommunikationsvorrichtung ist ausgewählt aus der Gruppe von: Infrarot (IR)-Empfänger, Bluetooth (BT oder BLE)- oder WiFi-Empfänger.
Beispiel 7 ist eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Beispiele, wobei Steuervorrichtung ferner zum Modulieren des Betriebsstroms des Leuchtmittels eingerichtet ist derart, dass das von dem Leuchtmittel emittierte Licht zur Lichtkommunikation modulierbar ist.
Beispiel 8 ist eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Beispiele, ferner aufweisend: eine Energie-Sendevorrichtung die zum Senden eines Steuersignales eingerichtet ist, und mit der Steuervorrichtung verbunden ist, wobei das Steuersignal eine Aufforderung zum Senden eines drahtlosen Signals aufweist.
Beispiel 9 ist eine Energie-Sendevorrichtung zum Betreiben einer Beleuchtungsvorrichtung die Energie-Sendevorrichtung aufweisend: mindestens eine Sendeantenne, die eingerichtet ist, ein Signal zu emittieren, dass von Antennenelementen einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem der Beispiele bis absorbierbar ist; mindestens eine Empfangsantenne, die zum Empfangen des Steuersignals gemäß Beispiel eingerichtet ist; und eine Steuervorrichtung, die eingerichtet ist, die Sendeantenne derart anzusteuern, dass das Signal emittiert wird, wenn das Steuersignal mittels der Empfangsantenne empfangen wird.
Beispiel 10 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Beleuchtungsvorrichtung mit mindestens einem Leuchtmittel das mit einer Energieerzeugungsvorrichtung verbunden ist, wobei die Energieerzeugungsvorrichtung aufweist: eine Vielzahl von Antennenelementen, die jeweils zum Aufnehmen eines drahtlosen Signals eines Frequenzbereiches eingerichtet sind, wobei zwischen den Antennenelementen ein Abstand angeordnet ist, wobei der Abstand in einem Bereich von ungefähr bis ungefähr Wellenlängen des Signals liegt; eine Transformatorvorrichtung die mit den Antennenelementen gekoppelt ist und eingerichtet ist, einen Strom aus dem drahtlosen Signals bereitzustellen; und eine Steuervorrichtung die mit der Transformatorvorrichtung verbunden ist und eingerichtet ist, einen Betriebsstrom für das Leuchtmittel aus dem Strom der Transformatorvorrichtung an das Leuchtmittel bereitzustellen; einen wiederaufladbaren Energiespeicher der mit der Steuervorrichtung und der Transformatorvorrichtung gekoppelt ist, wobei Transformatorvorrichtung eingerichtet ist, einen Ladestrom zum Laden des wiederaufladbaren Energiespeichers aus dem Strom zu erzeugen, und die Steuervorrichtung den erzeugten Strom der wiederaufladbaren Energiespeicher zuführt; wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, das mindestens eine Leuchtmittel abhängig von einem Ladezustand des wiederaufladbaren Energiespeichers aus dem wiederaufladbaren Energiespeicher oder aus der Transformatorvorrichtung mit Betriebsstrom zu versorgen; und wobei das Verfahren aufweist: Erzeugen, mittels der Transformatorvorrichtung eines Stroms aus dem drahtlosen Signal; Ermitteln ob der erzeugte Strom größer als ein erster Schwellenwert zum Betreiben des Leuchtmittels ist; und: wenn der erzeugte Strom gleich oder größer als der Schwellenwert ist: Zuführen mindestens eines Teils des Stroms als Betriebsstrom an das Leuchtmittel von der Transformatorvorrichtung; und wenn der erzeugte Strom kleiner als der Schwellenwert ist: Zuführen des Stroms als Teil des Betriebsstrom an das Leuchtmittel von der Transformatorvorrichtung und eines weiteren Teils des Betriebsstroms an das Leuchtmittel von dem wiederaufladbaren Energiespeicher.
Beispiel 11 ist eine Energie-Erntevorrichtung aufweisend: eine Vielzahl von Antennenelementen, die jeweils zum Aufnehmen eines drahtlosen Signals eines Frequenzbereiches eingerichtet sind, wobei zwischen den Antennenelementen ein Abstand vorgesehen ist; eine Gleichrichtervorrichtung, die mit den Antennenelementen gekoppelt ist und eingerichtet ist, einen Strom aus dem drahtlosen Signal bereitzustellen.
Beispiel 12 ist eine Energie-Erntevorrichtung aufweisend: eine Vielzahl von Antennenpaaren, wobei ein Antennenpaar jeweils mindestens ein erstes Antennenelement und ein zweites Antennenelement aufweist, wobei das erste Antennenelement und das zweite Antennenelement bezüglich ihrer Hauptabsorptionsrichtung von Signalen in einem Winkel von ungefähr 90 ° zueinander angeordnet sind, wobei die Antennenelemente jeweils zum Aufnehmen eines drahtlosen Signals eines Frequenzbereiches eingerichtet sind, wobei zwischen den Antennenpaaren ein Abstand vorgesehen ist; eine Gleichrichtervorrichtung, die mit den Antennenelementen gekoppelt ist und eingerichtet ist, einen Strom aus dem drahtlosen Signal bereitzustellen.
Beispiel 13 ist eine Energie-Erntevorrichtung aufweisend eine Vielzahl von ersten Antennenelementen, die jeweils zum Aufnehmen eines ersten drahtlosen Signals eines ersten Frequenzbereiches eingerichtet sind, und eine Vielzahl von zweiten Antennenelementen, die jeweils zum Aufnehmen eines zweiten drahtlosen Signals eines zweiten Frequenzbereiches eigerichtet sind, wobei der zweite Frequenzbereich unterschiedlich zu dem ersten Frequenzbereich ist, und wobei zwischen den ersten Antennenelementen jeweils ein erster Abstand vorgesehen ist und zwischen den zweiten Antennenelementen jeweils ein zweiter Abstand vorgesehen ist; wobei die Gleichrichtervorrichtung mit den ersten Antennenelementen und den zweiten Antennenelementen gekoppelt ist und eingerichtet ist, einen Strom aus den ersten drahtlosen Signalen und den zweiten drahtlosen Signalen bereitzustellen.
In Beispiel 14 kann der Gegenstand eines der Beispiele 11 bis 13 optional ferner aufweisen: eine Steuervorrichtung, die mit der Gleichrichtervorrichtung gekoppelt ist und eingerichtet ist, den Betriebsstrom aus dem Strom bereitzustellen; einen wiederaufladbaren Energiespeicher, der mit der Steuervorrichtung und der Gleichrichtervorrichtung gekoppelt ist, wobei die Gleichrichtervorrichtung eingerichtet ist, einen Ladestrom zum Laden des wiederaufladbaren Energiespeichers aus dem Strom zu erzeugen, und wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist: den Ladestrom an den wiederaufladbaren Energiespeicher zuzuführen und/oder abhängig von einem Ladezustand des wiederaufladbaren Energiespeichers, den Betriebsstrom zumindest teilweise aus dem Energiespeicher bereitzustellen und/oder den Betriebsstrom zumindest teilweise aus dem Strom bereitzustellen.
In Beispiel 15 kann der Gegenstand eines der Beispiele 11 bis 14 optional ferner aufweisen: ein Gehäuse mit mindestens einem elektrischen Kontakt, wobei das Gehäuse die Vielzahl von Antennenelementen und die Gleichrichtervorrichtung umgibt, und der mindestens eine elektrische Kontakt mit der Gleichrichtervorrichtung gekoppelt ist, wobei das Gehäuse ferner als ein Adapter für einen Sockel eingerichtet ist, derart, dass wenn der Sockel einen Aufnahmebereich zum Aufnehmen eines elektrischen Bauelementes und mindestens einen elektrischen Kontakt zum Kontaktieren des elektrischen Bauelementes aufweist, das Gehäuse eingerichtet ist, in dem Aufnahmebereich des Sockels aufgenommen zu werden und das elektrische Bauelement in dem Gehäuse aufzunehmen, und der mindestens eine elektrische Kontakt des Gehäuses eingerichtet ist, mindestens einen elektrischen Kontakt des in dem Gehäuse aufgenommenen elektrischen Bauelements zu kontaktieren.
In Beispiel 16 kann der Gegenstand eines der Beispiele 11 bis 14 optional ferner aufweisen: ein Gehäuse mit mindestens einem elektrischen Kontakt, wobei das Gehäuse die Vielzahl von Antennenelementen und die Gleichrichtervorrichtung umgibt, und der mindestens eine elektrische Kontakt mit der Gleichrichtervorrichtung gekoppelt ist, wobei das Gehäuse ferner als eine Ersatzstruktur für eine oder mehrere Batterien für ein Batteriefach eingerichtet ist, derart, dass wenn das Batteriefach einen Aufnahmebereich zum Aufnehmen einer oder mehrerer Batterien und mindestens einen elektrischen Kontakt zum Kontaktieren der einen oder der mehreren Batterien aufweist, das Gehäuse eingerichtet ist, in dem Aufnahmebereich des Batteriefach aufgenommen zu werden und den mindestens einen elektrischen Kontakt des Batteriefachs im aufgenommenen Zustand zu kontaktieren.
In Beispiel 17 kann der Gegenstand eines der Beispiele 11 bis 16, ferner aufweisend: eine Energie-Sendevorrichtung, die zum Senden eines Steuersignales eingerichtet ist, und mit der Steuervorrichtung verbunden ist, wobei das Steuersignal eine Aufforderung zum Senden eines drahtlosen Signals aufweist.
Beispiel 18 ist eine Energie-Sendevorrichtung aufweisend: mindestens eine Sendeantenne, die eingerichtet ist, ein Signal zu emittieren, mindestens eine Empfangsantenne, die zum Empfangen eines Steuersignals von einer Energie-Erntevorrichtung gemäß Beispiel 17 eingerichtet ist; und eine Steuervorrichtung, die eingerichtet ist, die Sendeantenne derart anzusteuern, dass das Signal für eine vorgegebene Zeitdauer emittiert wird, wenn das Steuersignal mittels der Empfangsantenne empfangen wird.
Beispiel 19 ist ein elektrisches Bauelement aufweisend: eine Energie-Erntevorrichtung gemäß einem der Beispiele 11 bis 18, und eine Last, die mit der Steuervorrichtung und/oder der Gleichrichtervorrichtung gekoppelt ist, wobei der Betriebsstrom ein Strom zu Betreiben der Last ist.
Beispiel 20 ist ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bauelements gemäß Beispiel 19, wobei das Verfahren aufweist: Erzeugen, mittels der Gleichrichtervorrichtung, eines Stroms aus dem drahtlosen Signal; Ermitteln ob der erzeugte Strom größer als ein Schwellenwert zum Betreiben der Last ist; und: wenn der erzeugte Strom gleich oder größer als der Schwellenwert ist Zuführen mindestens eines Teils des Stroms als Betriebsstrom von der Gleichrichtervorrichtung an die Last; und wenn der erzeugte Strom kleiner als der Schwellenwert ist: Zuführen des Stroms als Teil des Betriebsstrom von der Gleichrichtervorrichtung an die Last und eines weiteren Teils des Betriebsstroms von dem wiederaufladbaren Energiespeicher an die Last.
Beispiel 21 ist eine Beleuchtungsvorrichtung aufweisend eine Energie-Erntevorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 20 und ein Leuchtmittel, das derart mit der Energie-Erntevorrichtung gekoppelt ist, dass das Leuchtmittel mittelbar oder unmittelbar mittels des Stroms betreibbar ist.
Beispiel 22 ist eine Erfassungsstruktur aufweisend eine Energie-Erntevorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 20 und ein Erfassungselement, das zum Erfassen eines Umgebungsparameters der Erfassungsstruktur eingerichtet ist, und wobei das Erfassungselement derart mit der Energie-Erntevorrichtung gekoppelt ist, dass das Erfassungselement mittelbar oder unmittelbar mittels des Stroms betreibbar ist.

Claims

Energie-Erntevorrichtung (106) aufweisend: eine Vielzahl von Antennenelementen (108, 110), die jeweils zum Aufnehmen eines drahtlosen Signals (112, 114) eines Frequenzbereiches eingerichtet sind, wobei zwischen den Antennenelementen ein Abstand (120, 122) vorgesehen ist; eine Gleichrichtervorrichtung (124), die mit den Antennenelementen (108, 110) gekoppelt ist und eingerichtet ist, einen Strom (128) aus dem drahtlosen Signal (112, 114) bereitzustellen.
Energie-Erntevorrichtung (106) aufweisend: eine Vielzahl von Antennenpaaren, wobei ein Antennenpaar jeweils mindestens ein erstes Antennenelement (108) und ein zweites Antennenelement (110) aufweist, wobei das erste Antennenelement und das zweite Antennenelement bezüglich ihrer Hauptabsorptionsrichtung von Signalen in einem Winkel von ungefähr 90 ° zueinander angeordnet sind, wobei die Antennenelemente (108, 110) jeweils zum Aufnehmen eines drahtlosen Signals (112, 114) eines Frequenzbereiches eingerichtet sind, wobei zwischen den Antennenpaaren ein Abstand (120, 122) vorgesehen ist; eine Gleichrichtervorrichtung (124), die mit den Antennenelementen (108, 110) gekoppelt ist und eingerichtet ist, einen Strom (128) aus dem drahtlosen Signal (112, 114) bereitzustellen.
Energie-Erntevorrichtung (106) aufweisend: eine Vielzahl von ersten Antennenelementen (108), die jeweils zum Aufnehmen eines ersten drahtlosen Signals (112) eines ersten Frequenzbereiches eingerichtet sind, und eine Vielzahl von zweiten Antennenelementen (110), die jeweils zum Aufnehmen eines zweiten drahtlosen Signals (114) eines zweiten Frequenzbereiches eigerichtet sind, wobei der zweite Frequenzbereich unterschiedlich zu dem ersten Frequenzbereich ist, und wobei zwischen den ersten Antennenelementen (108) ein erster Abstand (120) vorgesehen ist und zwischen den zweiten Antennenelementen jeweils ein zweiter Abstand (122) vorgesehen ist; wobei die Gleichrichtervorrichtung (124) mit den ersten Antennenelementen und den zweiten Antennenelementen (108, 110) gekoppelt ist und eingerichtet ist, einen Strom (128) aus den ersten drahtlosen Signalen und den zweiten drahtlosen Signalen bereitzustellen.
Energie-Erntevorrichtung (106) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner aufweisend: eine Steuervorrichtung (126), die mit der Gleichrichtervorrichtung (124) gekoppelt ist und eingerichtet ist, den Betriebsstrom (134) aus dem Strom (128) bereitzustellen; einen wiederaufladbaren Energiespeicher (130), der mit der Steuervorrichtung (126) und der Gleichrichtervorrichtung (124) gekoppelt ist, wobei die Gleichrichtervorrichtung (124) eingerichtet ist, einen Ladestrom (132) zum Laden des wiederaufladbaren Energiespeichers (130) aus dem Strom (128) zu erzeugen, und; wobei die Steuervorrichtung (126) eingerichtet ist: den Ladestrom (132) an den wiederaufladbaren Energiespeicher (130) zuzuführen und/oder abhängig von einem Ladezustand des wiederaufladbaren Energiespeichers (130), den Betriebsstrom (134) zumindest teilweise aus dem Energiespeicher (130) bereitzustellen und/oder den Betriebsstrom (134) zumindest teilweise aus dem Strom (128) bereitzustellen.
Energie-Erntevorrichtung (106) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner aufweisend: ein Gehäuse (206) mit mindestens einem elektrischen Kontakt (208), wobei das Gehäuse (206) die Vielzahl von Antennenelementen (108, 110) und die Gleichrichtervorrichtung (124) umgibt, und der mindestens eine elektrische Kontakt (208) mit der Gleichrichtervorrichtung (124) gekoppelt ist, wobei das Gehäuse (206) ferner als ein Adapter für einen Sockel (200) eingerichtet ist, derart, dass wenn der Sockel (200) einen Aufnahmebereich (202) zum Aufnehmen eines elektrischen Bauelementes (102) und mindestens einen elektrischen Kontakt (202) zum Kontaktieren des elektrischen Bauelementes (102) aufweist, das Gehäuse (206) eingerichtet ist, in dem Aufnahmebereich (202) des Sockels aufgenommen zu werden und das elektrische Bauelement (102) in dem Gehäuse (206) aufzunehmen, und der mindestens eine elektrische Kontakt (208) des Gehäuses (206) eingerichtet ist, mindestens einen elektrischen Kontakt (204) des in dem Gehäuse (206) aufgenommenen elektrischen Bauelements (102) zu kontaktieren.
Energie-Erntevorrichtung (106) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend: ein Gehäuse (206) mit mindestens einem elektrischen Kontakt (210), wobei das Gehäuse (206) die Vielzahl von Antennenelementen (108, 110) und die Gleichrichtervorrichtung (124) umgibt, und der mindestens eine elektrische Kontakt (208) mit der Gleichrichtervorrichtung (124) gekoppelt ist, wobei das Gehäuse (206) ferner als eine Ersatzstruktur für eine oder mehrere Batterien (306) für ein Batteriefach eingerichtet ist, derart, dass wenn das Batteriefach einen Aufnahmebereich (302) zum Aufnehmen einer oder mehrerer Batterien (306) und mindestens einen elektrischen Kontakt (304) zum Kontaktieren der einen oder der mehreren Batterien (304) aufweist, das Gehäuse (206) eingerichtet ist, in dem Aufnahmebereich (302) des Batteriefachs aufgenommen zu werden und den mindestens einen elektrischen Kontakt (304) des Batteriefachs im aufgenommenen Zustand zu kontaktieren.
Energie-Erntevorrichtung (106) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner aufweisend: eine Sendevorrichtung (138), die zum Senden eines Steuersignales (140) eingerichtet ist, und mit der Steuervorrichtung (126) verbunden ist, wobei das Steuersignal (140) eine Aufforderung zum Senden eines drahtlosen Signals (112, 114) aufweist.
Energie-Sendevorrichtung (118) aufweisend: mindestens eine Sendeantenne, die eingerichtet ist, ein Signal (112, 114) zu emittieren, mindestens eine Empfangsantenne, die zum Empfangen eines Steuersignals (140) von einer Energie-Erntevorrichtung (106) gemäß Anspruch 7 eingerichtet ist; und eine Steuervorrichtung, die eingerichtet ist, die Sendeantenne derart anzusteuern, dass das Signal (112, 114) für eine vorgegebene Zeitdauer emittiert wird, wenn das Steuersignal mittels der Empfangsantenne empfangen wird.
Beleuchtungsvorrichtung (100) aufweisend: eine Energie-Erntevorrichtung (106) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, und ein Leuchtmittel (102), das derart mit der Energie-Erntevorrichtung (106) gekoppelt ist, dass das Leuchtmittel (102) mittelbar oder unmittelbar mittels des Stroms (128) betreibbar ist.
Erfassungsstruktur (100) aufweisend eine Energie-Erntevorrichtung (106) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, und ein Erfassungselement (102), das zum Erfassen eines Umgebungsparameters der Erfassungsstruktur (100) eingerichtet ist, und wobei das Erfassungselement (102) derart mit der Energie-Erntevorrichtung (106) gekoppelt ist, dass das Erfassungselement (102) mittelbar oder unmittelbar mittels des Stroms (128) betreibbar ist.