ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО С АНТЕННОЙ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ
LIGHTING DEVICE WITH WIRELESS COMMUNICATION ANTENNA

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к осветительному устройству, которое обычно основано на технологии твердотельного освещения (solid state lighting - SSL) и которое имеет антенну беспроводной связи. Настоящее изобретение также относится к способу изготовления такого осветительного устройства.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Осветительные устройства, основанные на SSL-технологии, которые имеют антенну для беспроводного управления твердотельными источниками света, известны в данной области техники. Таким образом можно, например, управлять интенсивностью и цветом излучаемого света. Осветительное устройство этого типа раскрыто в документе WO 2013014821 A1. Это осветительное устройство имеет антенну, которая может быть расположена внутри или вокруг опорного элемента для полупроводникового светоизлучающего элемента.
Желательно найти пути для встраивания антенн в конструкции существующих осветительных устройств без значительных модификаций, чтобы избежать добавления ненужных затрат и сложности в процесс изготовления. Осложняющим фактором здесь является тот факт, что на техническую эффективность антенны влияет ее положение внутри осветительного устройства.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является обеспечение улучшенного или альтернативного осветительного устройства, имеющего антенну беспроводной связи.
Согласно первому аспекту, обеспечено осветительное устройство, содержащее откачную трубку и антенну беспроводной связи, расположенную внутри откачной трубки. Осветительное устройство является газонаполненной лампой.
Под «откачной трубкой» имеется в виду трубка, через которую газ может быть введен в осветительное устройство во время изготовления и которая затем запаивается. Откачные трубки часто можно обнаружить в лампах общего назначения (general lighting service - GLS), т.е. в общепринятых лампах накаливания. Во время изготовления таких ламп, откачная трубка позволяет откачать воздух из лампы и закачать инертный газ в лампу. Современные осветительные устройства, основанные на SSL-технологии, могут также иметь откачную трубку для введения газа в оболочку, которая окружает твердотельные источники света. Газ может улучшать теплопередачу от твердотельных источников света, а также срок службы осветительного устройства, посредством уменьшения снижения светового потока твердотельных источников света. Откачная трубка является электрически изолирующей и может быть, например, изготовлена из стекла.
Под антенной, расположенной «внутри» откачной трубки, имеется в виду то, что по меньшей мере часть антенны находится во внутреннем пространстве, образованном откачной трубкой. Антенна может иметь другую часть, которая расположена снаружи откачной трубки.
Посредством размещения антенны внутри откачной трубки, антенна хорошо поддерживается механически, так что уменьшается опасность смещения антенны вследствие грубого обращения с ней конечного пользователя. Это важно, поскольку для оптимальной работы антенна требует надлежащего расположения. Кроме того, когда антенна находится в этом положении, легко спроектировать осветительное устройство таким образом, чтобы антенна не препятствовала оптическому пути света, излучаемого твердотельными источниками света, а также чтобы другие части, такие как радиатор или блок электронных схем, находились по существу на расстоянии от антенны, чтобы была малой опасность уменьшения эффективности антенны, вызванная, например, экранированием. Кроме того, размещение антенны внутри откачной трубки является простым этапом, который добавляет малые затраты и сложность в процесс изготовления. Например, можно все еще использовать многие из существующих производственных линий GLS, которые за долгое время были оптимизированы в отношении экономической эффективности и скорости.
Согласно одному варианту осуществления, внешняя часть антенны выдается из открытого конца откачной трубки. Антенна обычно должна иметь конкретную длину, чтобы быть оптимально чувствительной к сигналу на конкретной частоте. Оптимальная длина антенны может в некоторых случаях быть большей, чем длина откачной трубки, и решением этой проблемы является обеспечение выступания антенны из откачной трубки. Часть антенны, которая выдается из откачной трубки, может быть расположена многими разными способами в зависимости, например, от величины свободного пространства внутри осветительного устройства.
Согласно одному варианту осуществления, внешняя часть антенны продолжается прямо вдоль откачной трубки.
Согласно одному варианту осуществления, внешняя часть антенны намотана вокруг откачной трубки.
Согласно одному варианту осуществления, осветительное устройство дополнительно содержит опорную конструкцию, поддерживающую внешнюю часть антенны на расстоянии от откачной трубки.
Согласно одному варианту осуществления, осветительное устройство дополнительно содержит трубчатый носитель источников света, прикрепленный к откачной трубке, причем откачная трубка расположена частично внутри трубчатого носителя источников света. Трубчатый носитель источников света способствует эффективной теплопередаче от источников света посредством создания конвекционных потоков через упомянутый носитель. Другими словами, трубчатый носитель источников света может вызывать тепловой эффект «дымовой трубы». Следует отметить, что носитель может также улучшить характеристики приема антенны, например, ширину полосы частот. Более конкретно, если антенна является прямой несимметричной вибраторной антенной, то носитель может быть использован для увеличения емкостной связи между концевым штырем антенны и противовесом, действующим в качестве противоположного полюса антенны, и, таким образом, увеличения тока в концевом штыре. Другими словами, носитель может быть использован для увеличения паразитной емкости между концевым штырем антенны и землей.
Согласно одному варианту осуществления, открытый конец откачной трубки расположен внутри трубчатого носителя источников света.
Согласно одному варианту осуществления, откачная трубка продолжается на протяжении всего трубчатого носителя источников света, так что открытый конец откачной трубки находится снаружи трубчатого носителя источников света.
Согласно одному варианту осуществления, трубчатый носитель источников света выполнен с возможностью действовать в качестве излучателя, причем частота электрического резонанса трубчатого носителя источников света приблизительно равна частоте приема антенны. Следует отметить, что принимаемый сигнал обычно содержит некоторый диапазон частот, и что резонансная частота трубчатого носителя источников света на практике является узким диапазоном частот. Этот узкий диапазон частот обычно центрирован относительно диапазона частот принимаемого сигнала и является гораздо меньшим, чем он. Узкий диапазон частот может, например, составлять около 4% диапазона частот принимаемого сигнала. Носитель, содержащий проводящий материал, может быть выполнен с возможностью резонировать на частоте, которую антенна может принимать. Это может улучшить прием антенной слабых сигналов, поскольку резонирующий носитель работает в качестве вторичного излучателя, который усиливает принимаемый сигнал. Для возникновения резонанса, носитель должен быть расположен в ближней зоне антенны, и размеры носителя (его высота, ширина и т.д.) должны быть такими, чтобы носитель имел частоту электрического резонанса, которая соответствует частоте принимаемого сигнала.
Согласно одному варианту осуществления, осветительное устройство дополнительно содержит: соединитель для механического и электрического соединения осветительного устройства с ламповым патроном; носитель источников света, имеющий один или более твердотельных источников света; светопропускающую оболочку, причем носитель источников света и откачная трубка расположены внутри оболочки; возбудитель, выполненный с возможностью питания энергией одного или более твердотельных источников света; и схему управления, электрически соединенную с антенной и выполненную с возможностью управления одним или более твердотельными источниками света. Носитель источников света может быть, например, трубчатым носителем источников света, упомянутым выше.
Согласно одному варианту осуществления, схема управления расположена полностью внутри оболочки и поддерживается, например, носителем источников света. Если схема управления расположена полностью внутри оболочки, то тогда антенна может быть расположена верхней стороной вниз относительно ее расположения в случае, когда схема управления расположена внутри соединителя. Это может облегчить закрывание откачной трубки (поскольку она может быть закрыта там, где антенна не находится на пути) и может также облегчить электрическое соединение схемы управления с твердотельными источниками света.
Согласно одному варианту осуществления, осветительное устройство дополнительно содержит светорассеивающий слой и/или преобразующий длину волны слой. Такие слои могут быть, например, расположены на светопропускающей оболочке или на твердотельных источниках света. Рассеивающий слой может улучшать распределение света, делая интенсивность и цвет света более однородными. Преобразующий длину волны слой может быть использован для изменения цвета света, излучаемого твердотельными источниками света. Например, стандартная технология для обеспечения белого цвета состоит в объединении источника небелого света с преобразователем длины волны. Преобразователь длины волны преобразует длину волны некоторой части света, излучаемого источником света, в такую длину волны, что смесь преобразованного и непреобразованного света кажется глазу белой или почти белой.
Осветительное устройство является газонаполненной лампой.
Согласно второму аспекту, обеспечен способ изготовления осветительного устройства, причем способ содержит этап расположения антенны внутри откачной трубки осветительного устройства. Признаки и эффекты второго аспекта являются подобными признакам и эффектам первого аспекта.
Согласно одному варианту осуществления, способ дополнительно содержит этап образования воздухонепроницаемого соединения между антенной и откачной трубкой.
Следует отметить, что настоящее изобретение относится ко всем возможным комбинациям признаков, перечисленных в формуле изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Настоящее изобретение будет теперь описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, в которых:
Фиг. 1 показывает схематичное покомпонентное изображение примера осветительного устройства; и
Фиг. 2-8 показывают схематичные разрезы дополнительных примеров осветительных устройств; и
Фиг. 9 показывает блок-схему последовательности операций некоторых этапов способа изготовления осветительного устройства.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Настоящее изобретение будет теперь описано более полно ниже со ссылкой на сопутствующие чертежи, в которых показаны предпочтительные в данный момент варианты осуществления настоящего изобретения. Настоящее изобретение может быть, однако, реализовано во многих других формах и не должно толковаться как ограниченное вариантами осуществления, изложенными здесь; напротив, эти варианты осуществления обеспечены для полноты и законченности, и полностью передают объем настоящего изобретения специалистам в данной области техники.
Фиг. 1 показывает пример осветительного устройства 1 в форме лампы, такой как модернизированная лампа А60. Осветительное устройство 1 имеет оптическую ось ОА, которая является центральной остью осветительного устройства 1. Свет, генерируемый осветительным устройством 1, является в этом примере по существу осесимметричным относительно оптической оси ОА. Соединитель 2 расположен на конце осветительного устройства 1. Соединитель 2 выполнен с возможностью механического и электрического соединения осветительного устройства 1 с ламповым патроном. В показанном варианте осуществления, соединитель 2 является винтовым цоколем, например, винтовым цоколем Е27, но соединитель 2 может быть соединителем другого типа, например, байонетным держателем лампы. Соединитель 2 обычно изготавливают из металла.
2
4
2
3
Осветительное устройство 1 имеет светопропускающую оболочку 3, центр которой смещен вдоль оптической оси ОА относительно соединителя 2. Оболочка 3 может быть изготовлена, например, из стекла или пластика. В показанном примере, оболочка 3 имеет грушевидную форму, образованную сферической головной частью и круговой цилиндрической суженной частью, причем головная часть и суженная часть являются, соответственно, дистальной частью и ближайшей частью по отношению к соединителю 2. Оболочка 3 наполнена газом, например, гелием или смесью гелия и кислорода. Осветительное устройство 1 является, таким образом, газонаполненной лампой. Может существовать поверхностный слой 3' на внутренней стороне оболочки 3. Поверхностный слой 3' может быть светорассеивающим слоем или преобразующим длину волны слоем. Примеры светорассеивающих слоев включают в себя покрытия из рассеивающих частиц TiO, BaSO, или AlO в кремнийорганической полимерной матрице. Примеры преобразующих длину волны слоев включают в себя покрытия, содержащие один или более люминофоров, таких как YAG, LuAG и ECAS.
Трубчатый носитель 4 источников света (в дальнейшем называемый «носителем» для краткости) центрирован относительно оптической оси ОА внутри оболочки 3. Носитель 4 в этом примере имеет восьмиугольное поперечное сечение, перпендикулярное оптической оси ОА, но возможны другие поперечные сечения, формы, такие как шестиугольное или круглое поперечное сечение. Следует отметить, что другие варианты осуществления осветительного устройства 1 могут иметь носители, которые не являются трубчатыми. Несколько твердотельных источников 5 света (в дальнейшем называемые «источниками света» для краткости) установлены на носителе 4. Источники 5 света и носитель 4 вместе образуют конструкцию L2. Носитель 4 содержит монтажную плату для электрического соединения источников 5 света, например, печатную плату. Носитель 4 также выполнен с возможностью быть радиатором для источников 5 света, обеспечивающим эффективную теплопередачу от источников 5 света в окружающий газ внутри оболочки 3. Источники 5 света могут быть, например, полупроводниковыми светодиодами, органическими светодиодами, полимерными светодиодами или лазерными диодами. Все источники 5 света могут быть выполнены с возможностью излучения света одного и того же цвета, например, белого цвета, или разные источники 5 света могут быть выполнены с возможностью излучения света разных цветов.
Крепежная деталь 6, иногда называемая «паукообразной деталью», внутри носителя 4, прикрепляет носитель 4 к откачной трубке 7 осветительного устройства 1. Крепежная деталь 6 может, например, иметь выступы, которые сопрягаются с отверстиями в носителе 4, и блокирующий элемент, который скрепляется с откачной трубкой 7. Посредством этого расположения, носитель 4 окружает часть откачной трубки 7 таким образом, что откачная трубка 7 частично расположена во внутреннем пространстве носителя 4. Откачная трубка 7 продолжается вдоль оптической оси ОА, которая совпадает с центральной осью носителя 4. Откачная трубка 7 объединена со стержневым элементом 8, имеющим больший диаметр, чем откачная трубка 7. Стержневой элемент 8 и откачную трубку 7 обычно изготавливают из стекла. Часть откачной трубки 7 находится внутри стержневого элемента 8, а другая часть откачной трубки 7 находится снаружи стержневого элемента 8, причем наружная часть 7' имеет открытый конец 7'' и поддерживает носитель 4 через крепежную деталь 6. Стержневой элемент 8 имеет ближайшую часть 8', которая является ближайшей к соединителю 2, и дистальную часть 8'', которая является дистальной по отношению к соединителю 2. Ближайшая часть 8' спаяна с соединителем 2. Наружная часть 7' откачной трубки 7 продолжается от дистальной части 8'' вдоль оптической оси ОА.
Контактные провода 9 прикреплены к стержневому элементу 8. Следует отметить, что модуль, состоящий из стержневого элемента 8, откачной трубки 7 и контактных проводов 9, иногда называется «стержнем» лампы. Контактные провода 9 выдаются из стержневого элемента 8 и электрически соединяют носитель 4 с возбудителем 10 для питания энергией источников 5 света. Возбудитель 10 в этом примере расположен внутри соединителя 2, но может быть в других примерах расположен полностью внутри оболочки 3, поддерживаемый, например, носителем 4 или крепежной деталью 6. Изолирующая часть 11, которая электрически изолирует некоторые части возбудителя 10 от соединителя 2, может быть расположена между возбудителем 10 и соединителем 2.
Антенна 12 беспроводной связи (в дальнейшем называемая «антенной» для краткости) расположена внутри откачной трубки 7, чтобы она была гальванически изолированной от носителя 4. Антенна 12 в этом примере является прямой несимметричной вибраторной антенной. Длина антенны 12 обычно приблизительно равна λ/4, где λ является длиной волны сигнала, который антенна 12 может принимать. Типичная длина антенны равна около 3 см. Схема 13 управления электрически соединена с антенной 12 и монтажной платой, на которой установлены источники 5 света. Схема 13 управления выполнена с возможностью управления источниками 5 света и обычно содержит микроконтроллер и приемник радиоизлучения. Схема 13 управления в этом примере объединена с возбудителем 10, но может быть отдельным блоком в других примерах. Схема 13 управления может питаться энергией от возбудителя 10.
Фиг. 2 показывает пример осветительного устройства 1а, которое подобно осветительному устройству на фиг. 1. Антенна 12а продолжается вплоть до открытого конца 7', не выступая из откачной трубки 7а. Открытый конец 7' расположен внутри носителя 4.
Фиг. 3 показывает осветительное устройство 1b, которое подобно осветительному устройству на фиг. 1а, за исключением того, что откачная трубка 7b продолжается на всем протяжении внутреннего пространства носителя 4 таким образом, что открытый конец 7' расположен снаружи носителя 4 (более точно, выше него).
Фиг. 4 показывает осветительное устройство 1с, которое подобно осветительному устройству на фиг. 1, за исключением того, что часть антенны 12с выдается из открытого конца 7' откачной трубки 7с. В показанном примере, открытый конец 7' находится внутри носителя 4, и внешняя часть антенны 12с продолжается прямо вплоть до положения, находящегося снаружи носителя 4. Конечно, внешняя часть антенны 12с может быть в другом примере быть более короткой, таким образом, чтобы она все же находилась полностью внутри носителя 4.
Фиг. 5 показывает осветительное устройство 1d, которое подобно осветительному устройству на фиг. 4, за исключением того, что внешняя часть антенны 12d загнута вниз таким образом, что она продолжается прямо вдоль внешней поверхности откачной трубки 7d.
Фиг. 6 показывает осветительное устройство 1е, которое подобно осветительному устройству на фиг. 5, за исключением того, что внешняя часть антенны 12е намотана вокруг откачной трубки 7 таким образом, что она образует катушку.
Фиг. 7 показывает осветительное устройство 1f, имеющее опорную конструкцию 14, которая прикреплена к откачной трубке 7f и которая поддерживает внешнюю часть антенны 12f на некотором расстоянии от откачной трубки 7f. Внешняя часть антенны 12f имеет в этом примере петлеобразную форму. Кроме того, носитель 4 прикреплен к откачной трубке 7f через опору 15 носителя, которая продолжается вверх от соединителя 2 и которая удерживает носитель 4 на его месте внутри оболочки 3.
Фиг. 8 показывает осветительное устройство 1g, в котором схема 13 управления расположена полностью внутри оболочки 3. Схема 13 управления прикреплена к носителю 4 источников света и поддерживается им. Внешняя часть антенны 12g электрически соединена со схемой 13 управления.
Фиг. 9 показывает блок-схему последовательности операций некоторых этапов способа изготовления осветительного устройства, такого как газонаполненная лампа. Способ включает в себя этап S1, на котором антенну 12 располагают внутри стеклянной откачной трубки 7. Откачную трубку 7, с антенной 12 внутри, помещают в держатель, пригодный для процесса плавления и сплавления стекла, вместе со стеклянным стержневым элементом 8 и контактными проводами 9. Дистальную часть 8'' стержневого элемента 8 нагревают до температуры, при которой стекло становится вязким, и откачную трубку 7 непрямо нагревают до той же самой температуры. Горячее стекло сжимают таким образом, чтобы образовалось воздухонепроницаемое соединение между стержневым элементом 8 и откачной трубкой 7, а также между стержневым элементом 8 и контактными проводами 9. Сжатие стекла создает то, что обычно называется «защемлением» на стержневом элементе 8. Стеклу затем дают до некоторой степени остыть, после чего малую область защемления между контактными проводами 9 нагревают снова и проделывают малое отверстие через защемление посредством введения сжатого воздуха в откачную трубку 7. Это отверстие позволяет соединить откачную трубку 7 с внутренней частью лампы после спаивания стержня 8 с оболочкой 3. Носитель 4 источников света с твердотельными источниками 5 света затем устанавливают на откачную трубку 7 и электрически соединяют с контактными проводами 9, например, сваркой. Весь модуль располагают внутри стеклянной оболочки 3, которую спаивают с ближайшей частью 8' стержневого элемента 8 посредством нагревания стекла снаружи, в то время как модуль стержня и оболочки поворачивают. Затем, лампу продувают, наполняют и закрывают в процессе, который иногда называется «нагнетанием и отпайкой». Внутреннюю часть оболочки 3 очищают многократной продувкой инертным газом, причем используют клапан специального типа для управления потоком газа через откачную трубку 7. Наполняющий газ нагнетают в очищенную оболочку 3 через откачную трубку 3 посредством системы наполнения. Затем, на этапе S2, образуют воздухонепроницаемое соединение между антенной 12 и откачной трубкой 7 таким образом, чтобы наполняющий газ не мог выйти из оболочки 3 через откачную трубку 7. Это может быть реализовано посредством нагревания откачной трубки 7, между оболочкой 3 и клапаном, и сжатия нагретой откачной трубки 7 напротив антенны 12. Часть откачной трубки 7, которая находится снаружи оболочки 3, затем удаляют, например, посредством «образования на поверхности рисок и обламывания» откачной трубки 7. Это включает в себя создание слабого места, которое позволяет обломить откачную трубку 7 в определенном месте. Слабое место может быть создано, например, посредством нанесения царапин на откачную трубку 7 алмазным ножом или посредством локального уменьшения диаметра откачной трубки 7 посредством нагревания и сжимания. Часть антенны 12 обычно выступает из кончика, где была обломлена откачная трубка 7. Если антенна 12 устанавливается верхней стороной вниз, то, однако, можно обломить откачную трубку 7 в некоторой точке таким образом, чтобы впоследствии антенна 12 не выступала из откачной трубки 7. Наконец, соединитель 2 прикрепляют к оболочке 3, и электронные схемы внутри соединителя 2 соединяют с контактными проводами 9 и антенной 12, например, электрической сваркой или пайкой или посредством прокалывающих соединителей или протыкающих соединителей.
Осветительное устройство приводится в действие посредством вставления соединителя 2 в электрическое гнездо, соединенное с источником электроэнергии, в результате чего возбудитель 10 подает энергию на источники 5 света через контактные провода 9 и носитель 4. Источники 5 света излучают свет, который проходит через оболочку 3. Мобильное устройство, такое как смартфон, может быть использовано для управления источниками 5 света посредством отправки радиочастотных сигналов к антенне 12. Сигналы, принимаемые антенной 12, обрабатываются схемой 13 управления, которая управляет источниками 5 света. В зависимости от применения, можно, например, включать и выключать источники света, регулировать яркость источников света и изменять установочные параметры цвета осветительного устройства.
Специалист в данной области техники понимает, что настоящее изобретение никоим образом не ограничено предпочтительными вариантами осуществления, описанными выше. Напротив, многие модификации и изменения возможны в пределах объема прилагаемой формулы изобретения. Например, форма оболочки 3 не ограничена грушевидной формой. Некоторые примеры других форм оболочки включают в себя цилиндрическую, эллипсоидальную и коническую формы.
Дополнительно, изменения раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и реализованы специалистом в данной области техники при применении на практике заявленного изобретения, после изучения чертежей, раскрытия, и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения, слово «содержащий» не исключает других элементов или этапов, а форма единственного числа не исключает множественного числа. Тот факт, что некоторые меры приведены во взаимно отличающихся зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что комбинация этих мер не может быть использована для получения преимущества.