СВЕТИЛЬНИК С БЕСПРОВОДНЫМ ПЕРЕДАТЧИКОМ Российский патент 2018 года по МПК F21S8/00 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к светильнику, в который встроен беспроводной передатчик.

ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Светильники (или осветительные приборы) образуют главный компонент систем освещения, в частности интеллектуальных осветительных систем, основанных на светодиодном освещении. Другим важным компонентом интеллектуальных осветительных систем являются управляющие модули, оснащенные средствами радиосвязи и антеннами для создания возможности беспроводного подключения. Управляющие модули работают в коммуникационной сети, где каждый модуль образует узел сети. В настоящее время управляющие модули часто интегрируют в светильники. Светильники обычно изготавливают из металла и пластиковых материалов. В частности, любые металлические детали могут оказывать сильное влияние на излучающие свойства антенны. Качество связи (дальность распространения и количество ошибок в пакете (package error rate, PER)) в сети очень сильно зависит от излучающих свойств антенны, при интеграции в осветительную систему.

В настоящее время в светильниках создают специально спроектированные зазоры и отверстия, чтобы электромагнитная энергия правильно распространялась в окружающей среде.

Альтернативой зазорам и отверстиям является создание внешних (т.е. микрополосковых) антенн на внешней поверхности светильника. Такие внешние антенны дороги.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно одному аспекту настоящего изобретения предлагается светильник, выполненный с возможностью крепления к потолку освещаемого пространства, при этом светильник содержит: корпус; крепеж для крепления компонента светильника к корпусу; модуль беспроводного передатчика, содержащий антенну, расположенную в корпусе; и

крепежный компонент, расположенный для крепления светильника к плите потолка и выполненный с возможностью создавать пространство между корпусом и плитой потолка ля образования воздушного зазора между корпусом и плитой потолка, благодаря чему корпус образует объемный резонатор для радиочастотной энергии, передаваемой антенной, при этом воздушный зазор имеет размеры, обеспечивающие возможность излучения радиочастотной энергии от антенны в пространство, расположенное снаружи от корпуса.

Согласно другому аспекту изобретения предлагается осветительная система, выполненная с возможностью крепления к потолку освещаемого пространства, при этом осветительная система содержит:

по меньшей мере один светильник, описанный выше, и потолочную плиту, прикрепленную к светильнику крепежным компонентом.

Осветительная система может содержать множество светильников, расположенных в упорядоченную группу, при этом каждый светильник является вышеописанным светильником и светильники предназначены для связи друг с другом путем излучения радиочастотной энергии через свои соответствующие антенны.

Для лучшего понимания настоящего изобретения и для иллюстрации вариантов его практической реализации далее следует более подробно описания со ссылками на приложенные иллюстративные чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 - схематический вид в перспективе осветительной системы.

Фиг. 2 - схематический вид модуля передатчика.

Фиг. 3 - схематический вид диаграммы направленности излучения антенны.

Фиг. 4 - схематическая блок-схема осветительной системы при виде снизу.

Фиг. 5 - Схематический вид в перспективе корпуса светильника работающего как объемный резонатор.

Фиг. 6А - трехмерный схематический вид диаграммы направленности излучения.

Фиг. 6В - вид сбоку диаграммы направленности излучения.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ

В настоящем изобретении между металлическим светильником и металлической потолочной плитой, на которой установлен светильник, имеется воздушный зазор. Изобретатели заметили, что применение воздушного зазора между металлическим светильником и потолочной пластиной дает лучшие излучающие свойства, чем отверстия в самом светильнике. Более того, можно получить свойства эффективного излучения без необходимости в таких отверстиях в светильниках и без необходимости полагаться на внешние антенны, которые могут быть дороги. Отсутствие отверстий во внешних стенках светильников является преимуществом, поскольку для изготовления отверстий требуются дополнительные производственные операции и дополнительные меры по обеспечению безопасности.

На фиг. 1 приведена схематическая блок-схема одного из вариантов. На фиг. 1 показан единственный светильник, изготовленный из любого подходящего материала, но типично из металла. Светильник 1 содержит канал 2 прямоугольного сечения, имеющий сплошное основание 4 и сплошные боковые стенки 6. Управляющий модуль 8 расположен внутри светильника на основании 4. Управляющий модуль 8 содержит антенну 10, расположенную на радиочастотной плате 12 (фиг. 2). Антенна 10 соединена с компонентом 14 радиочастотного генератора, который генерирует радиочастотную энергию, которая должна передаваться от модуля 8. Радиочастотный генератор 14 содержит контроллер или реагирует на контроллер для определения генерируемых управляющих сигналов известным способом, описание которого опускается. Управляющие сигналы предназначены для приема другими управляющими модулями в осветительной системе, как более подробно будет описано ниже.

Светильник 1 имеет отражатель 16, прикрепленный к нижней стороне основания, с наклонными стенками, имеющими отражающий материал на своей внутренней стороне.

Светильник 1 оснащен по меньшей мере одним осветительным компонентом, прикрепленным к нижней стороне основания 4 одним или более подходящим крепежным элементом так, чтобы осветительный элемент излучал свет, который отражается вниз отражателем. Осветительные компоненты могут быть расположены так, чтобы управляющими сигналами, которыми обмениваются светильники системы через управляющий модуль в каждом светильнике.

На каждой верхней кромке прямоугольного канала имеются проходящие продольно участки, которые поддерживают наклоненные внутрь стенки 18. Боковая стенка 6, продольно проходящие участки и наклоненные внутрь стенки 18 являются сплошными, т.е., они выполнены из непрерывного материала без зазоров или отверстий. В этом контексте следует понимать, что могут существовать конструктивные соображения, которые могут потребовать наличия отверстий, например, под винты или иные крепежные элементы и фитинги, но специальные зазоры и отверстия, предназначенные для излучения радиочастотной энергии, отсутствуют.

Светильник оснащен крепежным компонентом (не показан), который крепит светильник 1 относительно потолочной плиты 20, например, изготовленной из металла, прикрепленной к потолку или образующей часть потолка. Светильник можно крепить к самой потолочной плите 20 или к другой части потолка так, чтобы он был прикреплен к потолочной плите. В любом случае, между верхней кромкой наклоненных внутрь стенок 18 канала светильника и нижней поверхностью потолочной плиты 20 образуется воздушный зазор 22.

Как уже упоминалось, изобретатели заметили, что использование воздушного зазора между металлическим светильником и потолочной плитой приводит к улучшению излучающих свойств по сравнению с отверстиями в самом светильнике. Помимо положительного эффекта, заключающегося в том, что воздушный зазор позволяет эффективно излучать в окружающую среду электромагнитную энергию, излучаемую антенной, применение воздушного зазора позволяет получить диаграмму направленности излучения с полезными свойствами направленности излучения.

На фиг. 3 показана диаграмма направленности излучения (при виде сверху вниз) излучающей структуры в светильнике по фиг. 1. В диаграмме на фиг. 3 предполагается, что антенна 10 расположена в основании для излучения радиочастотной энергии в направлении по существу вдоль длины прямоугольного канала, например, от наблюдателя на фиг. 1. Если смотреть сбоку, диаграмма направленности излучения имеет направленные вниз лепестки. Это также является полезным, поскольку позволяет устройствам, расположенным ниже уровня потолка принимать радиочастотные сигналы от этого светильника. На фиг. 6А и 6В показаны диаграммы направленности излучения в трехмерном и в двухмерном представлении, соответственно (вид сбоку).

На фиг. 3 показана диаграмма направленности излучения при виде сверху. Она является по существу крестовидной, т.е., идеальной для светильников, расположенных в форме прямоугольной упорядоченной группы. Это особенно относится к осветительным решениям, где светильники расположены в форме матричной решетки, например, в офисах или на автомобильных парковках. Пример показан на фиг. 4, где показана нижняя часть осветительной системы, в которой решетка, образованная светильниками 1, прикреплена к нижней стороне потолочной плиты 20, которая сама показана относительно потолка 24. Светильник, обозначенный позицией ТХ, показан излучающим для того, чтобы сигнал, излучаемый светильником 1, обозначенным позицией ТХ, принимался другими светильниками решетки. Таким образом, крестовидная диаграмма направленности излучения по фиг. 3 особенно походит для достижения этой цели и является эффективным решением.

На фиг. 4 каждый светильник может содержать управляющий модуль, как описано выше со ссылками на фиг. 1. Управляющие модули работают в коммуникационной сети, где каждый модуль образует узел сети. Это позволяет светильникам поддерживать связь друг с другом и управлять уровнями освещения. Качество связи (длина распространения и количество ошибок в пакете) в сети существенно улучшается благодаря эффективной диаграмме направленности излучения, полученной за счет применения воздушного зазора.

Материалом потолка 24 может быть металл или бетон, и применение металлической потолочной плиты допустимо в обеих ситуациях. Принцип воздушного зазора работает особенно хорошо для светильников, имеющих форму, показанную на фиг. 1 с прямоугольным каналом, который является поддоном, в котором размещена арматура. Однако он применим и для светильников другого типа, как будет понятно из нижеследующего описания.

Механизм концепции воздушного зазора основан на идее объемного резонатора. Металлический канал 2 светильника 1 вместе с потолочной плитой 20 образует отъемный резонатор. Управляющий модуль 8, содержащий антенну 10, является источником радиочастотной энергии расположенным внутри объема, и энергия распределяется в соответствии с поперечными силовыми линиями магнитного поля по корпусу, как показано на фиг. 5. пунктирными линиями показаны силовые линии магнитного поля, которые соответствуют поверхностным токам. Затем, когда, как предложено выше, применяется воздушный зазор, эти поверхностные токи блокируются и в соответствии с законом Фарадея в апертуре, образованной воздушным зазором, возникает наведенное напряжение (и соответствующее электрическое поле). Сплошные линии показывают силовые линии этого электрического поля. Воздушный зазор работает как своего рода щелевая/апертурная антенна для дополнения проводной антенны 10, которая получает радиочастотную энергию, генерируемую управляющим модулем 8. Апертура 22 возбуждается от внутренней энергии и излучает энергию наружу корпуса, образованного стенкой 6 и основанием 4. Этот воздушный зазор может иметь размеры, подходящие для структуры светильника любого размера, принимая во внимание длину волны излучения и характеристики корпуса. В одном примере было показано, что минимум 3 мм обеспечивают особенно эффективное излучение в комбинации и оптимальной диаграммой направленности излучения, когда используется в светильнике в форме поддона для арматуры, показанном на фиг. 1 и в решетке, показанной на фиг. 4.

Однако, поскольку концепция основана на объемном резонаторе, точная форма светильника и положение управляющего модуля 8 в светильнике не критичны для эффективности излучения, если типичное распределение поля (ТМ) остается доминирующим. Это должно быть справедливо для случая, когда сечение светильника не превышает нескольких (1-4) длин волн испускаемого излучения. Например, для промышленного, научного и медицинского диапазона (ISM) 2,4 ГГц (длина волны 12,5 см) сечение должно быть меньше 15-50 см.

На диаграмму направленности излучения немного может влиять продольное положение модуля передатчика в светильнике, но это не оказывает негативного влияния на эффективность излучения и на характеристики коммуникационной таких светильников в форме поддонов. Более того, длина светильника может оказывать влияние на диаграмму направленности излучения, но, тем не менее, общее преимущество сохраняется.

Уникальное преимущество концепции применения воздушного зазора между металлическим светильником и металлической потолочной плитой заключается в том, что она объединяет эффективный путь распространения электромагнитной энергии в окружающую среду (включая узлы сети) со свойствами направленности, которые являются оптимальными для светильников, расположенных в форме решетки, как в офисах и автомобильных парковках. Особенно для металлических светильников в форме поддона принцип воздушного зазора является очень эффективным для получения превосходных излучающих характеристик. Кроме того, он устраняет необходимость в дополнительных средствах в светильнике, таких как отверстия, а также в использовании дополнительных антенн, что позволяет экономить средства.

Из изучения чертежей, описания и проложенной формулы специалистам понятны и другие варианты описанного решения. В формуле изобретения термин "содержащий" не исключает наличия других элементов или этапов, а термины в единственном числе не исключают наличия множественно числа. Один процессор или другой узел моет выполнять функции нескольких объектов, приведенных в формуле. Один только факт того, что определенные признаки описаны в разных зависимых пунктах формулы, не исключает возможности комбинирования этих признаков для получения преимуществ. Любые позиции в формуле изобретения не должны толковаться в ограничительном смысле.

Изобретение относится к осветительным приборам. Светильник, выполненный с возможностью крепления к потолку освещаемого пространства, содержит корпус, крепеж для крепления осветительного компонента к корпусу, модуль беспроводного передатчика, содержащий антенну, расположенную в корпусе, и крепежный компонент для крепления светильника к потолочной плите. Крепежный компонент может быть выполнен с возможностью расположения корпуса на расстоянии от потолочной панели для создания воздушного зазора между корпусом и потолочной панелью, благодаря чему корпус образует объемный резонатор для радиочастотной энергии, передаваемой антенной, и воздушный зазор имеет размеры, обеспечивающие возможность излучения радиочастотной энергии от антенны в окружающую среду снаружи корпуса. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Металлический светильник, выполненный с возможностью крепления к потолку освещаемого пространства, содержащий:

корпус;

крепеж для крепления компонента светильника к потолку;

модуль беспроводного передатчика, выполненный с возможностью передачи радиочастотной энергии на другое устройство, при этом модуль беспроводного передатчика содержит антенну, расположенную в корпусе, при этом корпус образует объемный резонатор для радиочастотной энергии, передаваемой антенной, и

крепежный компонент, выполненный с возможностью крепления светильника относительно металлической потолочной плиты и выполненный с возможностью расположения корпуса на расстоянии от потолочной плиты для создания воздушного зазора между корпусом и потолочной плитой, при этом корпус образует объемный резонатор для радиочастотной энергии, передаваемой антенной, при этом воздушный зазор имеет размеры, обеспечивающие возможность излучения радиочастотной энергии от антенны в окружающую среду снаружи корпуса.

2. Светильник по п. 1, в котором объемный резонатор работает для распределения радиочастотной энергии в соответствии с диаграммой поперечного поля магнитных волн внутри корпуса.

3. Светильник по п. 1, в котором диаграмма направленности излучаемой радиочастотной энергии является по существу крестовидной в плоскости, по существу параллельной потолочной плите.

4. Светильник по п. 1, в котором модуль беспроводного передатчика содержит радиочастотный генератор для генерирования управляющих сигналов, передаваемых в радиочастотной энергии, передаваемой антенной.

5. Светильник по п. 1, содержащий по меньшей мере один осветительный компонент, закрепленный в арматуре.

6. Светильник по п. 1, в котором корпус содержит сплошное основание с проходящими вверх сплошными стенками.

7. Светильник по п. 3, содержащий отражатель, проходящий вниз от основания и наружу от корпуса.

8. Светильник по п. 1, в котором корпус содержит прямоугольный канал, имеющий нижнюю поверхность, образующую участок основание с проходящими вверх участками стенок, причем модуль беспроводного передатчика прикреплен к нижней поверхности, при этом антенна излучает радиочастотную энергию в направлении вдоль канала.

9. Светильник по п. 1, в котором воздушный зазор имеет глубину по меньшей мере 3 мм.

10. Светильник по п. 8, в котором ширина прямоугольного канала составляет порядка нескольких длин волн излучения.

11. Светильник по п. 3, в котором диаграмма направленности излучения имеет направленные вниз лепестки, если смотреть сбоку.

12. Светильник по п. 8, в котором проходящие вверх участки стенок сформированы из непрерывного материала без зазоров или отверстий.

13. Осветительная система для крепления к потолку освещаемого пространства, содержащая:

металлическую потолочную плиту;

по меньшей мере один металлический светильник, прикрепленный к потолочной плите, при этом светильник содержит корпус, при этом светильник прикреплен к потолочной плите с расположением корпуса на расстоянии от потолочной плиты для создания воздушного зазора между корпусом и потолочной плитой, при этом светильник содержит модуль беспроводного передатчика, выполненный с возможностью передачи радиочастотной энергии на другое устройство в осветительной системе, при этом модуль беспроводного передатчика содержит антенну, расположенную в корпусе, и крепеж для крепления осветительного компонента к корпусу, при этом корпус образует объемный резонатор для радиочастотной энергии, передаваемой антенной, при этом воздушный зазор имеет размеры, обеспечивающие возможность излучения радиочастотной энергии от антенны в окружающую среду снаружи от корпуса.

14. Система по п. 13, содержащая множество светильников, расположенных в упорядоченную группу и прикрепленных к потолочной плите.

15. Система по п. 14, в которой каждый светильник содержит узел в ячеистой сети, образованной упорядоченной группой, при этом светильники выполнены с возможностью поддерживать связь, используя управляющие сигналы в излучаемой радиочастотной энергии.