CN101220922B - 太阳能充电式发光二极管灯 - Google Patents

太阳能充电式发光二极管灯 Download PDF

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Abstract

一种没有连线的圣诞/装饰灯。这是一种太阳能再充电式室内/室外圣诞/装饰灯，其特征是明亮持久的LED和持久的能源。再充电式能量储存装置电连接至给灯供电的柔性太阳能器件阵列。灯组件配置有小型的柔性太阳能器件阵列，这样允许它用于各种尺寸的灯，包括迷你灯、C6、C7、以及C9灯泡。LED支架带有几乎不会破碎的透镜，用于照明并使得改变颜色。太阳能器件阵列装在外壳上并能在白天时段最大限度地采集周围/太阳的能量。灯组件设计成带有夹子，使得可以将它连接/安装在包括圣诞树和房屋的各种室内和室外结构上。

Description

太阳能充电式发光二极管灯
相关申请的交叉引用
根据35 U.S.C.§119，本专利申请要求2007年1月1日提交的No.60/879,927美国临时专利申请的的优先权，以及2007年5月9日提交的非临时申请No.11/746,167的优先权，上述专利申请的全文在此通过引用被并入本专利申请中。
技术背景
本发明总体涉及一种太阳能灯，具体来说，涉及一种使用至少一个发光二极管(LED)的太阳能可充电灯。将太阳能作为不同类型装置的一种能源使用在本领域已是众所周知的，而且已在其他能源不可得的情况下显示出其优越性。例如，室外景观照明就是经常由太阳能供电的。
太阳能电源之所以在其他动力源不可得的情况下显示出其优越性是因为可在白天通过一个太阳能板来收集太阳能。在某些情况下，太阳能电池可直接为装置提供能量，但更常见的是用太阳能电池给能量储存装置充电并进行维持。这些装置的范围可以包括从电池到电容器。然后可以将储存在能量储存装置中的能量用于给所连接的灯供电并进行操作。
经常使用太阳能板给在夜间的多种应用中的灯供电的电池充电。其中有些应用包括室外景观灯、圣诞灯、以及甚至沿着州际公路荒僻路段的道路标志。在这些应用中运用太阳能正变得越来越常见，因为相对较传统的能量源来说，太阳能电池对环境的影响比较小。
已经有许多美国专利运用太阳能供电的灯。例如，美国专利No.5,055,984公开了一种用于照亮地面、走道和/或墙壁的太阳能灯。美国专利No.6,948,826使用太阳能灯在夜间照亮台阶，而美国专利No.5,262,756使用太阳能灯照亮道路标志以警告公众潜在的驾驶危险。上述应用中的每种均使用了传统太阳能电池阵列，其需要复杂的装置来跟踪太阳在天空的移动以便有效地利用白天的日照。另外，附加的储存装置的尺寸也限制了这些设计在较小的应用中使用。
随着LED技术的改进，对太阳能照明的兴趣也随之增长。LED照明阵列提供了一种低能耗装置，与传统照明设备如白炽灯照明及荧光灯照明相比，在使用相近数量的能量的情况下，该装置可以提供更好的光发射效果。因为LED的特征，LED在越来越多的照明应用中获得了应用。例如，美国专利No.6,461,019公开了一种需要AC到DC转换的LED灯串。该灯串使用三根独立电线的组合来给各个LED供电。因为电线的数量，该灯串容易缠绕在一起并损坏。而且，所使用的三根线的组合增加了该灯串出现故障的机会。
美国专利No.6,497,502公开了一种电烛台装置。该装置在塑料烛台部分的顶部使用发光装置，比如二极管。优选实施例使用传统白炽灯和AC电源以提供单个装饰灯。遗憾的是，烛台的尺寸是一个问题，并使得很难在圣诞照明中使用这种***。因此，需要一种在各种气候环境中提供可充电LED灯的紧凑的***。
发明内容
因此，本发明的一个主要目标、特征或优点就是在现有技术之上进行改进。
因此，本发明的另一个特征是提供使用发光二极管的太阳能灯。
本发明的再一个特征是提供有用太阳能电池供电的LED灯泡的太阳能灯。
本发明的另一个特征是使用一个安装在单个灯底座中的柔性太阳能电池。
而且，本发明的另一个特征是简化了给LED灯供电的所需电路。
本发明的另一个特征是提供了一个支持灯的功能的外壳。
从以下的说明书及权利要求，本发明的这些以及其它特征和优点将变得显而易见。
根据本发明的一个实施例，灯是通过电路来供电的，该电路使用太阳能电池、电池、LED以及微技术(micro technology)以使每盏灯对于其它任何灯独立。优选地，使用耐用的LED在塑料灯泡中照明并且使用可充电硬币单元微电池存储能量。优选地，LED、电池和所需连接全都组装在单个外壳中。尽管也可以使用装配在一起的其它材料和额外的多个部件，但是该外壳最好是用压模塑料材料制成单个整体。外壳可以是任何合适的形状，并可包括孔用于组件连线、开关、连接器所用的线圈，如一段细线或其它类型的固定装置，以将外壳连接到夹子或其它安装装置。优选地，将柔性太阳能器件阵列绕在外壳的基座或外侧以采集能量。
本发明中的LED灯使用非常小的电流，寿命较长并且产生很少的热。因为LED仅需要最小限度的负载就能为此应用提供足够的光，因此能使用小型太阳能器件阵列。使用柔性的太阳能电池允许太阳能电池环绕灯外壳的基座。通过环绕该外壳，不必手动定位阵列以跟随光源就能发生能量吸收。对基座缠绕使得可以得到360度的自然光吸收平台。与其他太阳能灯相比，跟踪装置的去除显著简化了该装置。
因为每盏灯拥有其自己的DC电源(太阳能器件阵列)的简单结构，所以每盏灯是独立的。单盏灯的失效不会影响到组中其它的灯。另外，因为每盏灯有集成到基座的太阳能器件阵列，外部的线路不会受外界环境条件的损害或影响。
本发明的另一方面在于LED灯和透镜组件是这样设置的，其中灯基座可以连接至或固定于夹钳、夹子、支架、螺丝或其它安装设备。优选地，夹子连接至基座的底部或侧面以使得便于将整个组件夹到树或建筑上。
本发明的另一方面在于降低了传统装饰灯固有的潜在危险和危害。因为每盏灯独立于其它灯，电联结存在与灯外罩内，减少了电燃烧的风险。另外，灯组件的独立性允许将灯用于原先通常需要延长线的地方。不使用延长线就消除了潜在被绊倒的危险，以及触电的可能。
本发明的另一方面在于将光传感器和/或on/off开关结合在基座中。光传感器优选地是一个允许在白天时段电池充电和夜间或黑暗时段电池放电之间转换的光检测二极管。on/off开关允许在不使用时将照明显示方便地储藏，而光传感器则允许白天时段的节电。因为每盏灯均拥有一个连接至能量储存装置的永久电源，所以on/off开关允许在不使用时将太阳能单元与电池断开以增长电池的寿命。
本发明有许多的潜在应用。这些应用的范围从圣诞装饰照明到汽车照明，甚至到危险及紧急情况的照明，以及任何需要照明却没有方便连接的AC电源的情况。
附图简述
图1是根据本发明一个实施例的太阳能灯组件的横截面视图；
图2是本发明一个实施例的太阳能灯的操作流程框图；
图3是本发明一个实施例的太阳能灯的电路框图；
图4是本发明一个实施例的一串灯的图；
图5是夹于或以其它方式固定于房子屋顶边沿的本发明一个实施例的多个灯的视图；
图6是本发明一个实施例的灯的仰视图。
发明详述
本发明将通过将其用于优选实施例中的方式进行描述。不是要将本发明限于所述实施例。希望本发明涵盖可包含在其精神和范围之内的全部修改方式和替换方式。
现在，参照附图，图1示出本发明一个实施例的分解图。如图所示，灯组件10有支持灯泡14的基座或外壳12。支架、夹子、夹钳、粘贴物、螺丝或其它连接装置16固定在相对于灯泡14来说外壳12的相对端。外壳12通常是空心结构，优选地为管状物，其容纳灯组件10的电连接。外壳12可用任何持久并坚固的、可通过压印、注模或用其它方式成形的材料制成。合适的材料包括基本上不会碎裂的塑料或复合材料。该材料必须有足够的材料刚度以使得安装的灯组件保持外形。
优选地，太阳能器件阵列18是柔性的并环绕着外壳12。在此实施例中，涂覆太阳能器件阵列18以保护其免受不利气候下的环境影响。涂覆还保护太阳能电池器件阵列不受在操作灯组件10时可能出现的污染物影响。太阳能器件阵列18通过外壳4上的小开口进行电连接，可在太阳能器件阵列18和印刷电路板(PCB)20装在一起后封闭该小开口。该PCB包括充电电路以控制太阳能器件阵列18对电池30的充电。优选地，该电池是可充电式微电池或可充电式硬币电池。太阳能器件阵列18和电池30均固定在外壳12上使得它们都不能相对于基座移动。太阳能器件阵列18环绕着基座12以便最大限度地将其暴露在日照下。这样，基座12可以是其它形状，比如锥形，以增大阵列18对日光的可能的暴露面。太阳能器件阵列18环绕在外壳12上使得太阳能器件阵列18可独立于LED灯的朝向而发挥作用。
优选地，on/off开关22电连接到PCB 20。on/off开关22可将电池30与光源26上的电连接断开。on/off开关22的安装允许在存储灯组件时可以方便地将其关断。可选的是，on/off开关22能用于切断太阳能器件阵列1 8和电池30之间的电连接以防止在储藏或不用时对电池30进行不必要的充电。可选的是，on/off开关22可以连接至一个或多个灯10，以同时打开或关闭该多个灯10。
还是如图1所示，优选地，所有的电耦合都发生在外壳12之内。在此实施例中，太阳能器件阵列18与执行充电控制的PCB 20相连。PCB 20又与能量储存装置30相连，而能量储存装置30则与LED电插座28电连接。电插座28再与LED 8连接。灯泡32包裹着外壳12的末端，从而保护电连接不受环境因素的影响。优选地，电插座28置于定制的、以便放入外壳12内的装配部件上。
优选地，光源26是需要40mA的电流进行操作的LED 1.8-3.2VDC装置。可以改变LED 26的特征以匹配能量储存装置30的电流和电压特征。LED是DC部件并由DC能量收集器18产生的DC源供电。
优选地，灯泡32用可制成各种颜色的硬质透明塑料做成。可选地，灯泡32可以制作成单一颜色以便提供多个同色灯。灯泡32可被压印、注模或用其它方式做成任何所需的形状。合适的材料包括无色或彩色透明的塑料或玻璃。优选地，灯泡32被制成能包住或盖住LED26并散射LED 26发出的光。另外，通过使用单色LED和传统的多色光源，可以改变从灯组件10发出的光的颜色。
如图6所示，可选地，光传感器34可被添加至外壳12上以便在低光时或夜间自动打开LED 26，并在白天自动关闭光源26。这样，光传感器24将帮助防止在主要充电时段的不必要放电。光传感器34可置于外壳12的任何部位，但优选地，光传感器34应置于LED 26发出的光不会引起光传感器34在非日光条件下进行操作的位置。因此，优选将其设置在外壳12的底部。可选地，将外壳12的形状设置为能给光传感器34提供遮挡区域，比如将光传感器设置在盖子下面或在凹陷部位中。
图2详述了本发明使用的过程的一个实施例。如图所示，最初，当用户决定使用灯组件10时，on/off开关22打开，而且灯组件10或灯串安装在所需的地方。如果用户选择不使用灯组件10，则on/off开关22关闭并可以将灯组件10存储起来。在白天时段，太阳能器件阵列18给电池30重新充电。如果电池30已经充足电，PCB 20的电路防止对电池30过度充电。在夜晚时段，电池30将提供所需的放电以给LED 26供电。LED 26将持续得到供电直至电池30放完电。夜晚时段结束时，太阳能器件阵列18将在白天时段给电池30重新充电。
图3示出由PCB 20控制的充电和放电过程，包括太阳能器件阵列18的白天充电。按照PCB 20上能量充电控制电路的控制，太阳能器件阵列18把能量送至能量储存装置或电池30。另外，图3示出了也在PCB 20上的能量放电控制电路，其控制能量从电池30向LED 26的流动。仅当on/off开关22处于打开位置时，才执行能量控制电路的放电操作。
图4示出连接在绳子、塑料线或其它支持物上的多个灯10。因为每盏灯是独立供电且独立控制的，因此没有必要在每个灯之间进行电连接。这样，可按用户期望的任意方式布置灯。例如，用户可选择将灯排列成星状并将它们固定在塑料星形支撑上。可将该星形支撑设计得非常轻，拥有非常小的轮廓，或是设计为透明的，因为不需要隐藏任何不好看的连线。当然，可以使用任何其它形状，比如圣诞老人、文字、想要的标识等。以上是本发明一个优选实施例的概述。本发明不限于此处描述的特定实施例，还包括在本发明精神和范围之内的其它变形、选项、和替换方式。

Claims (21)

1.一种太阳能灯，包括：
外壳；
发光二极管；
微型电池；以及
太阳能器件阵列，
其中所述太阳能器件阵列是360°环绕在所述外壳上的柔性太阳能器件阵列，并给所述微型电池重新充电，而所述微型电池则给所述发光二极管供电。
2.如权利要求1所述的太阳能灯，其中所述太阳能器件阵列、微型电池和所述发光二极管之间的电连接在所述外壳之内。
3.如权利要求1所述的太阳能灯，其中将夹子连接到所述外壳上。
4.如权利要求1所述的太阳能灯，其中所述发光二极管是单色的。
5.如权利要求1所述的太阳能灯，其中透镜将发光二极管封装在所述外壳的一端内。
6.如权利要求1所述的太阳能灯，带有on/off开关，用于切断所述发光二极管与所述微型电池的连接。
7.如权利要求1所述的太阳能灯，其中所述外壳是圆柱形的。
8.如权利要求1所述的太阳能灯，带有印刷电路板，所述印刷电路板具有控制所述微型电池的放电速率的电路。
9.如权利要求1所述的太阳能灯，带有印刷电路板，所述印刷电路板带有控制通过所述太阳能器件阵列给所述微型电池充电的速率的电路。
10.如权利要求1所述的太阳能灯，其中所述外壳具有一高度，且所述太阳能器件阵列具有一高度，其中所述外壳的高度不大于所述太阳能器件阵列的高度。
11.如权利要求1所述的太阳能灯，其中所述外壳是锥形的。
12.一种太阳能灯串，包括：
多个灯，每个灯包括发光二极管、微型电池、以及太阳能器件阵列，其中所述太阳能器件阵列是360°环绕在外壳上的柔性太阳能器件阵列，并给向所述发光二极管供电的所述微型电池重新充电；以及
连接介质，用于将所述多个灯彼此相连接。
13.如权利要求12所述的太阳能灯串，其中所述连接介质是绳子。
14.如权利要求12所述的太阳能灯串，其中所述连接介质是电线。
15.如权利要求12所述的太阳能灯串，其中透镜在所述外壳的一端盖住每个发光二极管。
16.如权利要求15所述的太阳能灯串，其中使用同色的透镜。
17.如权利要求15所述的太阳能灯串，其中使用各种颜色的透镜。
18.如权利要求12所述的太阳能灯串，其中至少一个灯产生单色光。
19.如权利要求12所述的太阳能灯串，其中至少一个灯产生白色光。
20.如权利要求12所述的太阳能灯串，其中所述外壳是锥形的。
21.一种太阳能灯，包括：
外壳；
发光二极管；
微型电池；
太阳能器件阵列，其中所述太阳能器件阵列是360°环绕在所述外壳上的柔性太阳能器件阵列，并给所述微型电池重新充电，而所述微型电池则给所述发光二极管供电；以及
连接介质，用于将多个太阳能灯彼此相连接。
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