JP2019530145A - 照明モジュール、及び照明システムを制御する方法 - Google Patents

Abstract

照明モジュールは、照明要素に電流を供給するために使用される導電性トラックを有する。前記導電性トラックは、電磁誘導電力伝送のための変化する電磁場の供給源としても使用され、故に、外部デバイスは、その電磁場からエネルギを収穫することができる。ドライバは、前記照明要素を照明するよう適応され、且つ前記トラックの構成と組み合わせて、外部デバイスによるエネルギ収穫のための電磁誘導電力伝送のための変化する電磁場を生成するよう適応される時間的に変化する電流を供給するために使用される。

Description

本発明は、照明モジュール、及び照明システムのための制御方法に関する。

照明モジュールは、屋内又は屋外の照明ソリューションを提供するために照明器具内で使用される。

照明器具に供給されるエネルギは、光、熱、及び電磁干渉（ＥＭＩ）エネルギとして消費される。通常、ＥＭＩエネルギは、無駄なエネルギ散逸であると考えられており、照明器具からのＥＭＩの放射エネルギ放出を制限するために磁気遮蔽部品が使用され、ＥＭＩの伝導性放出を制限するためにＥＭＩフィルタが使用される。

これは、有用なエネルギの生成における照明器具の効率を制限する。

照明器具には、例えば自動照明制御のためのセンサを含む、より多機能で、よりスマートな照明システムの一体化されたパーツになる傾向がある。これらのセンサに給電するために、及び無線接続性を供給するために、システムの柔軟性の理由で、典型的には、バッテリ駆動デバイスが使用される。無線バッテリ駆動デバイスは、特別な配線インフラを全く必要とせずに自由に配置され得る。バッテリは、定期的な（例えば、数ヶ月又は数年ごとの）メンテナンスを必要とし、これは、無線センサ又は他の無線構成要素を有するスマートシステムの実施に維持コストにおける不利な点を与える。

デバイス間の無線通信に加えて、無線電力伝送も可能であることはよく知られている。これは、典型的には、一方の（電力供給）デバイスにおいて専用の無線電力伝送システムを必要とし、他方の（受電）デバイスにおいて専用の無線電力収穫システム（wireless power harvesting system）を必要とする。これは、システムのコスト、体積及び複雑さを増大させる。

符号化光のような可視光通信も有望である。しかし、同じランプ／照明器具における可視光通信と電磁誘導伝送との両方の統合はなされていない。

それ故、例えば、スマート照明システムが実施されることができるように、照明モジュールに関連する（センサなどの）デバイスに給電するための低コストでメンテナンスがあまり要らない方法が必要とされている。

本発明の基本的なアイデアは、センサのような外部デバイスに給電するためのエネルギを放射するための放射体として（照明要素、典型的にはＬＥＤが取り付けられる）レイヤ２ＰＣＢ（layer 2 PCB）におけるトラック／トレース（track/trace）を再利用するというものである。前記トラック／トレースは、前記照明要素のための電流を伝導すると共に、照明要素電流によって励磁されて放射エネルギを放出するよう成形される。ドライバは、放射エネルギを放出するよう前記トラック／トレースを励磁する前記照明要素電流を供給するよう適応される。

本発明は、請求項によって規定される。

本発明の或る態様による例によれば、
基板と、
トラック構成（track configuration）を有する前記基板上の少なくとも１つの導電性トラックと、
前記少なくとも１つの導電性トラックに沿って前記基板に取り付けられる照明要素と、
前記導電性トラックに沿った前記照明要素に、前記トラックを介して、電流を供給するためのドライバとを含む照明モジュールであって、
前記ドライバが、前記照明要素を照明するよう適応される時間的に変化する電流を供給するよう適応され、前記トラック構成が、照明のために前記照明要素に前記電流を伝導すると共に、前記時間的に変化する電流によって、外部デバイスによるエネルギ収穫のための電磁誘導電力伝送のための変化する電磁場を生成するよう適応される照明モジュールが提供される。

この照明モジュールは、エネルギ収穫のために使用され得る交流電磁場を生成する。それは、前記照明要素（例えばＬＥＤ）によって既に使用されている前記導電性トラックを利用し、従って、コンパクトで低コストのソリューションを提供する。そうでなければ例えばＥＭＩフィルタリング及びＥＭＩ遮断によって無駄にされるだろうエネルギが、その代わりに、エネルギ収穫目的のために積極的に使用される。前記基板は、例えば、プリント回路基板の樹脂基板又はプラスチック基板などの硬質基板であり、前記トラックは、前記プリント回路基板上のプリントトラックである。

前記時間的に変化する電流は、電磁誘導電力伝送のための交流電磁場を生成するのに適した（ＡＣ成分の）周波数を持つ。前記周波数は、例えば、ｋＨｚ乃至ＭＨｚの範囲内（例えば、１０ｋＨｚ乃至１００ＭＨｚ）である。前記周波数は、１０Ｈｚ未満の周波数範囲内にある可能性が高いＤＣ電流レベルの調節（例えば、周囲光の変化に応じた、又はユーザ入力に応じた輝度レベルの調節）がなされる周波数よりも高い。

例の或るセットにおいては、前記トラック構成は、例えば、滑らかな又は角のあるらせんを含む。従って、前記照明要素は、前記らせんに沿って分布している。

このやり方においては、前記照明モジュールにおける前記トラックの全体的形状は、送電インダクタコイルを規定するために使用され得る。次いで、受電コイルが、一般に、電力を収穫するために前記照明モジュールの全領域内に配置され得る。

前記ドライバは、ＤＣバイアスを備える交流波形を生成するよう適応される。この場合には、前記ＬＥＤは、整流器を使用せずに駆動されることができる。前記トラックのインダクタンスは、少なくとも１０μＨであり、例えば、５０μＨより大きい。これは、前記電力伝送のための非常に強い信号強度を可能にする。前記照明要素は、前記らせんの少なくとも１回転に沿って均一若しくは不均一に分布している、且つ／又は前記照明要素は、前記らせんの複数回転にわたって均一若しくは不均一に分布している。これは、前記電力伝送も供給しながら、所望の光出力効果のための前記ＬＥＤの配置における柔軟性を供給する。前記トラックの直径は、（小さなラップトップ照明器具又は電球のための）数センチメートルほどの小ささのものであってもよく、（ダウンライト及び天井灯のための）数十センチメートルほどの大きさのものであってもよい照明器具設計に依存する。前記トラックの直径が大きいほど、その給電範囲は大きくなる。

前記ＤＣバイアスは、前記光出力を供給するために使用される。その場合、前記交流波形は、好ましくは、目に見えるちらつきの周波数より高い周波数を有し、故に、エネルギ収穫機能は、照明の外観に影響を及ぼさない。

例の別のセットにおいては、前記トラック構成は、前記照明要素間に成形セグメント（shaped segment）を含む。これは、前記トラックの全体が放射体として使用される上記の例とは異なる。

このやり方においては、前記セグメントの位置に離散エネルギ伝送領域が設けられ得る。（例えば、ＭＨｚ範囲内又はそれより高い）高周波動作では、これらのセグメントのために、１μＨ未満のような小さなインダクタンスが必要とされ得る。エナジーハーベスティングのためには、その場合、外部デバイスは、エネルギ収穫のために、離散エネルギ伝送領域に配置され得る。

各成形セグメントは、例えば、コイル構成又は伝送線構成を含み、各成形セグメントのインダクタンスは、せいぜい１μＨである。

前記モジュールは、複数の受電要素を備えるカバーに結合されるよう適応されてもよく、各成形セグメントは、１つの受電要素と位置合わせされるよう適応される。

前記受電要素は、各々、前記離散エネルギ伝送領域を供給するよう、個別の成形セグメントから電力を受け取る。１つの領域が、１つの個別の無線デバイスにエネルギを供給してもよく、又は複数（若しくは全て）の受電要素が結合して共通の外部デバイスに電力を供給してもよい。

全ての例において、前記ドライバは、スイッチモード電源を含み得る。

前記交流波形の周波数は、例えば、前記スイッチモード電源のスイッチング周波数に基づき、これは、ｋＨｚからＭＨｚまでであり得る。従って、それは、前記ドライバ内に既に存在するリップル電流であり、その場合、前記リップル電流は、除去されるのではなく使用される。

前記ドライバは、例えば、伝導される放射の故意の減衰がないようにフィルタを持たない。生成される前記電磁場はエネルギ伝送のために使用され、従って、ＥＭＩフィルタは必要とされない。これは、構成要素の数を減らす。

前記ドライバは、出力平滑コンデンサを持たなくてもよく、前記スイッチモード電源は、連続モードで動作し、ＡＣ成分を備える連続出力電流を供給するよう適応され、前記ＡＣ成分は、少なくとも５００ｍＡの可変振幅と、少なくとも５０ｋＨｚの周波数とを備えるものである。

連続電流を生成するドライバ設計の場合は、平滑コンデンサは、通常、あらゆる高周波リップルを除去するために用いられる。幾つかのドライバ設計の場合は、その代わりに、結果として所望の交流成分が存在するよう前記コンデンサが取り除かれ得る。

前記ドライバは、その代わりに、不連続モードで動作し、不連続出力電流を供給するよう適応されてもよく、前記ドライバは、
前記不連続出力電流を平滑化するための出力平滑コンデンサと、
前記出力平滑コンデンサ及び前記トラックの間のＡＣ阻止インダクタと、
前記トラックへの少なくとも５０ｋＨｚ及び少なくとも５００ｍＡの交流波形成分を生成するための注入インターフェースとを更に含む。

それらのスイッチング周期の或る特定の位相でしか出力電流を生成しないドライバ設計の場合は、必要とされるＤＣ電流成分を生成するために平滑コンデンサが依然として必要とされる。その場合、所望の交流成分を供給するための絶縁回路を供給するために、追加のインダクタ及びコンデンサが使用される。

前記モジュールは、前記基板の、前記少なくとも１つの導電性トラック及び照明要素とは反対側に、ヒートシンクを更に含み得る。

前記ヒートシンクは、非金属製のものであってもよく、あるいは、前記ヒートシンクは、金属製のものであってもよく、その場合、前記照明要素のところに位置する熱結合部を有すると共に、前記トラックの放射を可能にするために、前記照明要素が取り付けられていない前記トラックのところにギャップ部を有してもよい。

非金属設計は、前記ヒートシンクが望ましくない電磁遮蔽機能を実施するのを防止する。金属設計は、金属ヒートシンクを使用することを可能にするが、前記送電コイルに対応する、ＬＥＤのないトラックのみが存在する前記ギャップには前記金属ヒートシンクは存在しない。従って、送出電磁場に対する遮断効果は低減される。

本発明は、
上で規定されているような照明モジュールであって、前記基板が硬質のものである照明モジュールと、
前記照明モジュールの上又は近くに配置するための構成要素であって、前記変化する電磁場からエネルギを収穫するためのエネルギ収穫回路を有する構成要素とを含む照明システムも提供する。

このシステムは、前記照明モジュールと、無線給電される構成要素を組み合わせたる。これは、エネルギを節約すると共に、スマート照明機能を簡単で低コストのやり方で実施することも可能にする。それは、前記構成要素がバッテリ電力を有する必要性をなくすことができる。

前記構成要素は、例えば、前記照明モジュールを制御するためのセンサを含み、前記構成要素は、光学カバーである。

従って、前記センサは、前記モジュールの上に取り付けられ、前記モジュールからエネルギを収穫する。

本発明の別の態様による例は、照明システムを制御する方法であって、
導電性トラックに沿って取り付けられる照明モジュールの照明要素に、前記導電性トラックを介して、時間的に変化する電流を供給するステップであって、前記導電性トラックが、前記照明要素の照明及び電磁誘導電力伝送のために、前記照明要素に前記電流を伝導すると共に、前記時間的に変化する電流によって、変化する電磁場を生成するステップと、
前記照明モジュールのところ又は近くに設けられる外部デバイスを使用して、前記変化する電磁場からエネルギを収穫するステップとを有する方法を提供する。

本発明の他の態様においては、前記ランプにおいて、前記電磁誘導給電と一般的な可視光通信を組み合わせるニーズもある。最も有利には、この組み合わせは、光通信及び電磁誘導伝送のために２つの別々の各々のモジュールを有するのではなく、幾つかのハードウェアを再使用又は共用する統合集積であるほうがよい。

本発明の他の態様の基本的なアイデアは、可視光通信と電磁誘導電力／データとの両方を同じ駆動信号に周波数分割多重化し、この駆動信号が照明要素と磁気要素との両方に供給されるというものである。可視光通信の受信機は、可視光通信の周波数に敏感であり、電磁誘導電力／データ部分の周波数を無視するよう構成されてもよく、電磁誘導電力／データの受信機は、電磁誘導周波数に敏感であるよう構成されてもよく、更に、可視光通信周波数を使用してもよい、又は可視光通信周波数を無視することによって使用しなくてもよい。従って、可視光通信及び電磁誘導電力／データは、同じ照明モジュールにおいて同時に実施され得る。更に、電磁誘導電力／データの受信機及び可視光通信の受信機は、物理的に異なるデバイスであってもよい、又は同じデバイスに物理的に統合されてもよい。

本発明の他の態様によれば、磁気要素と、照明要素と、前記磁気要素及び前記照明要素に電流を供給するためのドライバとを有する照明モジュールであって、前記ドライバが、前記照明要素を照明するよう適応され、且つ前記磁気要素と組み合わせて、外部デバイスによるエネルギ収穫のための変化する電磁場を生成するよう適応される時間的に変化する電流を供給するよう適応され、前記ドライバが、第１及び第２周波数成分を持つ前記電流を供給するよう適応され、前記第１周波数成分の周波数が、前記第２周波数成分の周波数よりも大きく、前記磁気要素が、前記第１周波数成分と反応して、前記変化する電磁場を生成するよう適応され、前記照明要素が、前記第２周波数成分と反応して、前記第２周波数成分に従って光を生成するよう適応される照明モジュールが提案される。

この態様においては、前記電流において、電磁誘導成分と可視照明通信成分との両方を有するよう周波数分割多重化が使用され、従って、両方のチャネルのために別々の変調器を有する必要がなく、コスト、スペース及び複雑さを節約する。

好ましくは、前記磁気要素及び前記照明要素は直列接続している。従って、前記ドライバは、この直列接続に前記電流を注入し、前記磁気要素と前記照明要素との両方を非常に便利に駆動することができる。

前記磁気要素のための単純で低コストの実施例においては、前記磁気要素は、トラック構成を備える基板上のトラックを含む。より好ましくは、前記トラック構成は、滑らかな又は角のあるらせんを含み、前記照明要素は、前記らせんに沿って分布している。この実施例においては、前記照明要素を接続する配線も前記磁気要素であり、これは、非常に低コストであり、スペース／ドラムコアインダクタなどの専用の磁性部品を節約する。前記らせん形状は、小さな領域において所望のインダクタンスを供給することができ、従って、ランプにおいて使用されるのに有利である。

実施例においては、前記ドライバは、前記照明要素によって生成される光を変調するように、１ｋＨｚ乃至１０ｋＨｚの周波数範囲を持つ前記第２周波数成分を供給するよう適応される。より好ましくは、前記ドライバは、前記第２周波数成分に第１データシンボルを埋め込み、前記第１周波数成分において電力を伝送するよう適応される。

この実施例においては、前記周波数範囲は、符号化光規格などの可視光通信のための典型的な帯域であり、従って、現在の規格に対応する。

実施例においては、前記ドライバは、前記外部デバイスによって収穫されるように、１００ｋＨｚより大きい周波数範囲を持つ前記第１周波数成分を供給するよう適応される。

この実施例においては、このような高い周波数範囲は、スイッチングモード電源における典型的な周波数であり、電磁誘導伝送に適している。それは、電磁誘導給電の現在の規格にも対応する。

他の実施例においては、前記ドライバは、第３周波数成分を使用することによって前記周波数成分を変調するよう適応され、磁気要素は、前記第３周波数成分と反応して前記変化する電磁場を生成するよう適応される。

この実施例は、第３周波数が、前記電流に多重化され、前記照明モジュールにおいて別の出力チャネルを供給することを可能にする。

他の実施例においては、前記ドライバは、１０ｋＨｚ乃至１００ｋＨｚの周波数範囲を持つ前記第３周波数成分を供給するよう適応される。

この実施例においては、前記第３周波数成分は、前記第１周波数成分と前記第２周波数成分との間にあり、前記第１周波数成分及び前記第２周波数成分に干渉せず、従って、３つのチャネルは非常にロバストである。合計で２つの電磁誘導チャネルがある。

他の実施例においては、前記ドライバは、前記第３周波数成分に第２データシンボルを埋め込むよう適応される。この実施例は、前記第２周波数成分に加えて、データ通信のための別のチャネルを供給し、前記照明モジュールのデータスループットを増大させる。

他の実施例においては、前記ドライバは、ペイロード情報を前記第２データシンボルとして前記第３周波数成分に埋め込み、前記ペイロード情報のチェックサム情報を前記第１データシンボルとして前記第２周波数成分に埋め込むよう適応される。

この実施例は、データ通信のためのロバストなソリューションを提供し、前記ペイロード情報の受信における如何なるエラーも、前記チェックサム情報によって検出又は訂正されることができる。

代替実施例においては、前記ドライバは、前記第２データシンボル及び前記第１データシンボルとして各々同じ情報を埋め込むよう適応される。

この実施例は、冗長な送信を供給し、ひいては、データ通信のためのロバストなソリューションを提供する。

代替実施例においては、前記ドライバは、前記第２データシンボル及び前記第１データシンボルとして各々無関係の情報を埋め込むよう適応される。前記実施例のデータスループットレートは相対的に高い。

好ましい実施例においては、前記ドライバは、前記外部デバイスのインピーダンスにおける変化に応じて前記第１周波数成分における変化を検出し、前記変化から第３データシンボルを取り出すよう適応される。この実施例は、前記ドライバにおける受信が前記外部デバイスからデータを受信することを可能にする。従って、前記照明モジュールにおけるデュプレックス通信（duplex communication）が達成され得る。

好ましい実施例においては、前記ドライバは、前記ドライバの回路又は動作情報を前記第１データシンボル又は前記第２データシンボルとして埋め込むよう適応される。これは、本発明の応用例を提供し、先願PCT/CN2016/083947/において開示されているソリューションと一緒に、前記ドライバの識別、及びその電力消費量の測定を向上させるよう使用されることができ、前記先願は、前記スイッチングモード電源の高周波電力通信信号においてスイッチング特性を取り出し、前記スイッチング特性に従って前記スイッチングモード電源を識別することを開示している。この好ましい実施例は、前記電力通信信号に含まれていない他の情報を送信することができ、情報は、変圧器のインダクタンス、ドライバ効率などであり得る。

本願の第２の態様においては、上で規定されているような照明モジュールと、前記照明モジュールの上又は近くに配置するための外部デバイスであって、前記変化する電磁場からエネルギを収穫するためのエネルギ収穫回路を有する外部デバイスとを含む照明システムが提供される。

他の実施例においては、前記照明システムは、前記照明モジュールによって生成される光を受け取り、前記第２周波数成分を検出するよう適応される照明検出デバイスを更に含む。

下記の実施例を参照して、本発明のこれら及び他の態様を説明し、明らかにする。

ここで、添付図面を参照して、本発明の例を詳細に説明する。
照明モジュールと、照明モジュールによって生成される電場からエネルギを収穫する外部構成要素とを有する照明システムを示す。 全体的にらせん状の設計に基づく様々な可能なトラック構成を示す。 適切な駆動電流の例を示す。 或る可能なスイッチモード電源を示す。 ドライバが平滑コンデンサを有する場合にＡＣ電流成分を注入するための例示的な回路を示す。 ３つの可能なヒートシンク設計を示す。 送電領域のセットを備える回路基板を示す。 可能な照明モジュール設計を示す。 受信コイルのセットを保持するカバーを有する照明モジュールを示す。 カバー内に設けられる受信コイルの列を有する管状ＬＥＤを示す。 可視光通信チャネルと磁気チャネルとを備える照明モジュールの構造を示す。 磁気チャネルのための第１周波数成分信号を示す。 第１周波数成分信号と、可視光通信チャネルのための第２周波数成分信号とを示す。 第１、第２及び第３周波数成分信号を示す。 本発明の適用シナリオを概略的に示す。 照明モジュールにおける外部デバイスからの磁気チャネルを介した受信を示す。

本発明は、照明要素に電流を供給するために使用される導電性トラックが、変化する電磁場の供給源としても使用され、故に、外部デバイスが、その電磁場からエネルギを収穫し得る照明モジュールを提供する。

図１は、照明モジュール１０と、照明モジュールによって生成される電場からエネルギを収穫する外部構成要素１２とを有する照明システムを示している。外部構成要素は、例えば、光モジュール１０の動作を自動的に制御するために使用される光センサを含む。

照明モジュール１０は、ドライバ１４と、例えば、プリント回路基板の導電性トラック構成上に設けられるＬＥＤ配列の形態の、照明要素１６とを有する。照明要素は、光出力１８を生成し、意図された時間的に変化する電磁場２０も生成する。これは、ＬＥＤ配列のＬＥＤに時間的に変化する電流を供給することによって生成され、これは、トラック構成との組み合わせにおいて、意図された変化する電磁場を生成する。「意図された」という用語は、それが外部デバイスによって実質的に収穫されるよう意図されていることを意味する。

外部デバイス１２は、照明モジュール１０の上又は近くに配置するためのものであり、変化する電磁場２０からエネルギを収穫するためのエネルギ収穫回路を有する。エネルギ収穫回路は、完全に従来のものであり、ピックアップコイルと、共振回路、整流器回路、変換器回路、及び負荷を含む受信回路とを有する。

導電性トラック構成は、照明モジュールの必要とされる部分であり、故に、エネルギ生成は追加の構成要素を必要としない。それは、ドライバから適切なトラック構成に適切な駆動電流を供給することによって実施される。このやり方においては、そうでなければ無駄にされるだろうエネルギが、エネルギ収穫目的のために積極的に使用される。

電磁結合に基づく無線電力技術のためのエネルギ収穫のための技術はよく知られている。導体トラック及び照明要素ドライバの使用は、専用の電磁誘導電力伝送コイルの必要性だけでなく、より典型的なハーフブリッジ又はフルブリッジ駆動の共振回路の必要性もなくす。本発明の構成は、照明モジュール／照明器具から低電力定格のデバイスへのエネルギ伝達にとりわけ適している。外部デバイスは、典型的には、バッファの役割を果たす貯蔵構成要素も含み得る。これは、制御要件及び電力定格が低いことを意味する。

時間的に変化する電流は、ＤＣ成分と、ＡＣ成分とを有する。ＡＣ成分の周波数は、電磁誘導電力伝送のための交流電磁場を生成するのに適したものである。前記周波数は、例えば、ｋＨｚ乃至ＭＨｚの範囲内である。前記周波数は、調光レベルが変化するときのようなＤＣ電流レベルが調節される相対的に低い周波数よりも高い。

低電力用途の場合は、無線電力伝送は、比較的長い距離（数センチメートル）にわたって、近くのモジュールに給電するのに、又はこのようなモジュール内のバッテリを充電するのに効果的であり得る。

例の第１セットにおいては、導電性トラック構成は、滑らかな又は角のあるらせんの形状のトラックを有する。その場合、この全体的形状のトラックは、所望の電磁場を生成するインダクタコイルとして機能する。

図２Ａ乃至２Ｅは、全体的にらせん状の設計に基づく様々な可能なトラック構成を示している。それらは、各々、基板２３にわたって導体トラック２２を有する。無線電力伝送システムのための基本要件は、ＡＣ電流成分を持つ送信コイルである。

図２Ａは、その長さに沿ってＬＥＤ２４のセットを有するらせん状のトラック２２を示している。ＬＥＤの最終的なパターンがＬＥＤの８つの半径方向列を有するように、間隔は不均一である。デバイスからリング状の光が出力されるように、全体的形状は環状である。これは、トラックが中央開口部を備える誘導コイルを形成することを意味する。

図２Ｂは、らせん状のコイルの外側の最初の１回転のみに沿ってＬＥＤ２４のセットを有するらせん状のトラック２２を示している。一様な単一のリング状の照明が存在するように、間隔は均一である。この例においては、全体的形状は円形であり、トラックは完全に中心まで延在する。らせんの１回転（図２Ｂ）、全回転（図２Ａ）、又は回転のサブセット上にＬＥＤが存在し得る。

図２Ｃは、その長さに沿ってＬＥＤ２４のセットを有するらせん状のトラック２２を示している。ＬＥＤの最終的なパターンがＬＥＤの４つの半径方向列を有するように、この場合も先と同様に、間隔は不均一である。全体的形状は円形である。各らせん回転上にＬＥＤが存在するが、各半径方向列に沿ったＬＥＤの間隔がらせん回転の間隔の２倍になるように、ＬＥＤは各らせん回転において１８０度の間隔をおいて配置される。

らせんは滑らかである必要はない。図２Ｄは、らせんの各リングが本質的に三角形である角のあるらせん状のトラック２２を示している。図２Ｅは、らせんの各リングが本質的に長方形／正方形である角のあるらせん状のトラック２２を示している。

回転数及び巻径は、例えば、外部デバイスの近接性及び必要とされる無線充電電力レートを考慮に入れた、光学設計及び電気設計に依存するだろう。

例として、直径３００ｍｍのコイルは、５回転のみに基づいて約５０μＨのインダクタンスを有する。電磁場を供給するために単一の全体的コイル形状が使用される場合、トラックのインダクタンスは、例えば、少なくとも５０μＨである。上記の例は、光学設計が、縁端部発光するものであってもよく、又はモジュール領域全体にわたる発光をベースにしたものであってもよいことを示している。

図３は、ＬＥＤを駆動するための適切な駆動電流３０の例を示している。ＤＣバイアスレベル３２が存在し、ＤＣバイアスレベル３２上に高周波（ｋＨｚ又はＭＨｚ）ＡＣ成分が重畳される。ＬＥＤは、光を発するためにＤＣ電流を必要とするのに対して、交流電流成分は、無線電力伝送のために必要とされる交流電磁場を生成する。ＡＣ成分は、目に見えるちらつきを防ぐのに十分に高い周波数である。図３におけるリップル／ＡＣ振幅は概略的なものに過ぎない。

ドライバ１４は、スイッチモード電源、例えば、図４において示されているような単段低力率バックコンバータＬＥＤドライバである。この例は、メインスイッチＳと、フライバックダイオードＤと、インダクタＬの形態のエネルギ貯蔵部とを含み、これは、（単一のＬＥＤとして表されている）ＬＥＤ配列に連続電流を供給する。出力フィルタコンデンサＣも示されている。

この設計においては、出力フィルタコンデンサＣが取り除かれる場合であっても、電流は連続的なものとなる。このような場合には、出力電流は、メインスイッチＳの動作周波数に対応するリップル周波数、例えば５０ｋＨｚの電流リップルを有するだろう。

リップル電流の周波数はスイッチング周波数と同じであることから、目に見えるちらつきはない。

従って、この設計セットにおいては、ドライバは出力平滑コンデンサなしで構成されることができ、スイッチモード電源は連続モードで動作する。ＡＣ成分は、例えば、少なくとも５００ｍＡの可変振幅（即ち、ピーク・トゥ・ピーク電流変動）を有し、スイッチング周波数に対応する少なくとも５０ｋＨｚの周波数を有する。

力率補正を備える単段ドライバの場合、及び別々の力率補正回路及びドライバ回路の場合は、インダクタ電流は、一般に、連続的なものではなく、従って、出力コンデンサが必要とされる。この場合には、ドライバは不連続モードで動作する。従って、出力平滑コンデンサが必須となり得る。この場合には、ＡＣ成分は、ドライバのスイッチモード電源の後の電流に注入されてもよい。図５は、ドライバが出力平滑コンデンサＣ１を有する場合のＡＣ電流成分を注入するための例示的な回路を示している。

交流阻止インダクタＬ１が、出力コンデンサと、インダクタＬ２として表されている導電性トラックとの間に設けられる。

注入インターフェース５０は、トラック内に少なくとも５０ｋＨｚ及び少なくとも５００ｍＡの交流波形成分５２を生成するために設けられる。

注入インターフェースは、ＡＣ電流しか通過させないＤＣ阻止コンデンサＣ２を介して導電性トラックに結合する。インダクタＬ１は、とりわけ共振により、ＡＣ信号がコンデンサＣ２を通過してドライバに戻り、ドライバの機能に影響を及ぼすことを防止する。望ましいＡＣ周波数及び振幅は、コンデンサＣ２及び注入信号に依存し、ＤＣ電流は、ドライバの出力電圧及びインダクタンスＬ２によって決定される。

上述したように、連続モードドライバ回路の場合は、出力平滑コンデンサは省略されてもよい。全ての場合において、ＥＭＩフィルタリングは省略されてもよい。

ほとんどの照明器具の設計は、発生した熱を放散するのを助けるためにヒートシンクを必要とする。典型的には、ヒートシンクは、回路基板の下に配置される金属シートである。この用途においては、この金属ヒートシンクは、変化する電磁場を吸収する（及び熱を発生する）かもしれず、これは、低い無線充電効率をもたらすかもしれない。

或る簡単なソリューションは、金属ヒートシンクに取って代わるようガラス又はセラミックを使用することである。ＬＥＤ効率はより高くなっていることから、放熱のためにより低コストの非金属材料を使用することができる用途は増加している。用途によっては、ヒートシンクを全く必要としない場合もある。

金属ヒートシンクを必要とする用途のために、図６は、３つの可能なヒートシンク設計を示している。

図６Ａは、図２Ａの回路基板設計の下に設けられるように表されている、外縁部６０及び内縁部６２を備える環状ヒートシンクを示している。

ヒートシンクの特定の形状は、無線充電システムへの影響を最小限に抑えるように選ばれ得る。図６Ｂは、図２Ｂの回路基板設計の下に設けられるように表されている、外縁部６０及び内縁部６２を備える環状ヒートシンクを示している。環状ヒートシンクは、トラックの内側回転のところに開口部／ギャップを有することに留意されたい。

図６Ｃは、図２Ｃの回路基板設計の下に設けられるように表されている、外縁部６０と、内縁部６２と、ＬＥＤの位置にある半径方向フィン６４とを備える環状ヒートシンクを示している。前記ヒートシンクは、半径方向フィン６４の間にギャップを有し、前記ギャップにトラックが存在することに留意されたい。

これらの設計は、無線充電回路のトラックの少なくとも幾つかの部分において大きな金属領域を回避する。

上記の例は、全て、コイルとして機能する全体的形状の導電性トラックに基づいている。これは、一般にヒートシンクのない充電領域を供給する。全体的領域内の１つ以上の外部デバイスが、充電又は給電され得る。無線充電範囲は、送電コイルと、外部デバイスの受電コイルとの間の結合に依存する。より大きな送電コイルはより大きな充電範囲を与える。

送電コイルを可能な限り大きくすることによって、範囲は可能な限り大きくなり、それは、例えば、遠隔デバイス、例えば、電気スタンドの下の机の上に配置された外部デバイスを充電することさえ可能にし得る。例えば、送電コイルの直径が３００ｍｍに達する場合には、無線充電範囲は１５０乃至３００ｍｍに達し得る。

外部デバイスが照明器具の出力面（例えばレンズ）に直接配置される場合には、外部デバイスは、バッテリなしで機能することができ、その代わりに（照明がオフであるときのために）容量性貯蔵部を使用することができる。

単一らせん状の、又はコイル状のトラックに代わるものは、より局所的且つ離散的な充電領域を供給するものである。

図７は、送電領域７０のセットを備える回路基板を示している。送電領域は、照明要素間に、導電性トラックの成形セグメントとして形成される。各成形セグメントは、例えば、コイル構成又は伝送線構成を含む。各成形セグメントのインダクタンスは、せいぜい1μHであり得る。これは、遠隔充電ではなく接触又はニアコンタクト（near contact）充電に適しており、それは、低い電磁場強度が存在すること（それ故、他のデバイスとの干渉の可能性があること）を意味する。

この接触又はニアコンタクト電力伝送の場合は、複数の受電要素を有するカバーが使用されてもよく、その場合、各成形セグメントは、１つの受電要素と位置合わせされる。

図８は、可能な照明モジュール設計を示している。

図８Ａは、標準的な既知の構成を示している。ドライバ１４は、ＥＭＩフィルタ８０を介してＬＥＤトラックに接続する。ＬＥＤ間のトラック部８２は、成形セグメントではなく、直線であり、一般にハウジング設計によって遮られるよう設計される小さな電磁場８４を生成する。

図８Ｂは、ＬＥＤ間に局所コイルの形態の成形セグメント８６がある、上記の実施例による第１設計を示している。成形セグメントは、より大きい交流電磁場８８を生成する。図８Ｂにおいて示されているように、成形セグメントは、らせん状に成形される。

図８Ｃは、ＬＥＤ間に蛇行／方形波形伝送線の形態の成形セグメント８６がある第２設計を示している。この場合も先と同様に、成形セグメントは、より大きい交流電磁場８８を生成する。蛇行トラックは交差（cross over）を必要としないのに対して、コイルは中央に接続するために交差を必要とする。

好ましくは、図８Ｂ及び図８Ｃにおいては、ＥＭＩフィルタは必要とされない。

より小さなインダクタンスのために、外部デバイスは、各々の成形セグメント８６と位置合わせされる必要がある。

成形セグメントとピックアップコイルとの間のこの位置合わせは、外部デバイスをカバーの一部として形成することによって達成され得る。

図９は、１つの外部デバイスのための、又は外部デバイスのセットのための、コイル９２のセットを保持するカバー９０を有する照明モジュール１０を示している。コイル９２は、その下の回路基板の成形セグメントと位置合わせされる。

これは、２つの部分から成る照明器具を与える。第１部分は、交流電磁場を放射するＬＥＤ回路基板を有する照明モジュールである。第２部分は、照明器具カバーである。それには、例えば、ＬＥＤ回路基板から放出されるエネルギを収穫するためのエネルギ収穫コイルアレイが印刷される。外部構成要素は、例えば、無線センサである。

エネルギ収穫コイルにおけるコイル９２は、それらが光出力を遮らないように配置される。各コイルによって収穫されたエネルギは、高電圧を供給するために足し合わされることができる。コイル９２は、透明／半透明材料によって実施されることもできる。

図９は、ＬＥＤ及び送電コイルの円形配列に基づいている。

図１０は、管状カバー内に設けられるコイル９２の列を有する管状ＬＥＤを示す。

本発明は、任意のタイプの照明器具又は電球において使用されることができ、光源の近くでの局所的な検出が望まれる場合に特に興味深い。無線電力伝送によって外部センサにエネルギを供給することにより、システムは設置及び再構成が容易である。より長距離の実施例の場合は、無線電力伝送は、より広く、例えば、照明システムに直接的には関係しないユーザデバイスを充電するために、使用されてもよい。従って、本発明は、照明制御システムの一部を形成するデバイスに電力を供給することに限定されない。電気スタンドの例の場合は、電気スタンドは、ユーザのモバイルデバイスのための、それらをプラグ接続する必要がなく、それらがワークステーション領域にとどめられることを可能にする充電機能を有し得る。

設計は、任意のサイズに拡大縮小され得る。長距離充電又は給電システムのためには、より大きなインダクタンスが必要とされ、上記では、50μHより大きい例が示されている。短距離充電システムのためには、より小さなインダクタンスを使用されてもよく、上記では、各コイル又は伝送線について１μＨ未満の例が示されている。しかしながら、これは、これらの値の間のインダクタンスを有するシステムを除外するものではない。所望のエネルギ伝送能力を供給するために、動作周波数が、インダクタンス値と組み合わせて選択される。

上記の構造を使用することによって、可視光通信チャネルと電磁誘導チャネルとの両方のための１つの照明モジュールが供給される。より広くは、誘導要素は、上記トラック以外の磁気要素であってもよい。

図１１において示されているように、提案照明モジュールは、
磁気要素２２と、
照明要素２４と、
磁気要素２２及び照明要素２４に電流を供給するためのドライバ１４とを有し、
ドライバは、照明要素２４を照明するよう適応され、且つ磁気要素２２と組み合わせて、外部デバイスによるエネルギ収穫のための変化する電磁場を生成するよう適応される時間的に変化する電流を供給するよう適応され、
前記ドライバ１４は、第１及び第２周波数成分を持つ電流を供給するよう適応され、第１周波数成分の周波数は、第２周波数成分の周波数よりも大きく、前記磁気要素２２は、第１周波数成分と反応して、前記変化する電磁場を生成するよう適応され、前記照明要素２４は、第２周波数成分と反応して、第２周波数成分に従って光を生成するよう適応される。

随意に、示されているように、照明モジュールは、二段構造を有し、ドライバ１４の前に、主電源のＡＣ電力供給を受け取るインターフェースと、定電圧（ＣＶ）段とを含み得る。例として、ドライバ１４は、ＬＥＤ電流においてヒステリシス制御メカニズムを使用するバックコンバータであり、ＬＥＤ電流は、図１２において示されているように、交互にハイレベル及びローレベルになり、従って、平均ＬＥＤ電流は一定である。インダクタ１２のような磁気要素は、上述のように、この高周波交番に反応し、外部デバイスによるエネルギ収穫のための変化する電磁場を生成するだろう。バックコンバータの電力転流（power commutation）の周波数は、一般に、１００ｋＨｚよりも大きい周波数範囲である。ＬＥＤにおけるちらつきを減らすために、１００ｋＨｚのリップル／第１周波数成分を吸収するように、（各）ＬＥＤと並列に、コンデンサ（図示せず）が更に追加されてもよい。

本発明は、駆動電流に別の周波数成分を加えることを提案する。図１３において示されているように、電流は依然として１００ｋＨｚの包絡線信号であり、１ｋＨｚで示されているような低周波数成分が１００ｋＨｚの信号に加えられる／変調する。照明要素は、この低周波成分に反応し、符号化光受光器のような外部受光器によって検出される１ｋＨｚの交番を備える光を生成するよう適応される。１ｋＨｚの周波数は、例にすぎず、１ｋＨｚから１０ｋＨｚまでであってもよく、又はそれが受光器によって検出可能であり、電磁誘導周波数帯域からの安全マージンが確保される限り、更に高くてもよい。上述のコンデンサは第２周波数成分を吸収せず、従って、ＬＥＤはこの第２周波数成分に反応することが可能である。

これを達成するために、バックコンバータは、第２周波数成分の周波数においては無効であり得る。

更に、第３周波数成分が多重化されることができ、第３周波数成分は、第２周波数成分よりも高く、可視光通信においては検出できないが、電磁誘導給電周波数よりは低く、電磁誘導チャネルにおいては検出可能である。図１４は、３つの周波数成分を含む概略的な電流波形を示している。示されているように、電磁誘導受信機／収穫機によって検出可能である１０ｋＨｚの変調が更に適用される。好ましくは、１０ｋＨｚの変調は、１ｋＨｚの信号と、１０ｋＨｚの周波数におけるより多くの情報とを含む。上述のコンデンサは、１０ｋＨｚのリップル／第３周波数成分を吸収することも可能である。これを達成するために、バックコンバータは、第３周波数成分の周波数においては無効であり得る。

図１５は、２つのチャネルの適用シナリオ、即ち、一般に遠距離場にある可視光通信（ＶＬＣ）チャネルのための第２周波数成分によって駆動される照明要素２４と、一般に近距離場にある電磁誘導給電及びデータ通信のための第１周波数成分及び随意の第３周波数成分によって駆動される磁気要素２２とを概略的に示している。

ＶＬＣは、長距離通信方法であり、スマートフォンのカメラによって検出されるアドレス又は位置情報を供給する。磁場は、照明器具の近くの狭い範囲をカバーするものでしかなく、それは、小さいデバイスとのコミッショニング若しくは検出又は他のより安全な通信として使用されるのに完璧である。更に、小さいデバイスは、同時に電磁誘導電力を収穫し得るという点で受動的であり得る。

更に、電磁誘導チャネルは、照明モジュールから外部デバイスに送信するだけのものではなく、デュプレックスのものであり得る。照明モジュールにおいて外部デバイスから受信することを可能にするために、外部デバイスにおける負荷変調が使用されてもよい。より具体的には、外部デバイスは磁気要素２２に磁気的に結合されていることから、外部デバイスのインピーダンス／インダクタンスは、磁気要素２２のインダクタンスに何らかの影響を及ぼす。外部デバイスのインダクタンス２２'を変調することによって、磁気要素２２のインダクタンスは変化する。図１６において示されているように、受信期間中、バックコンバータは、第２及び第３周波数成分を多重化することなしに、電流制御ループにおいて電力を転流するだけである。磁気要素２２のインダクタンスが、外部デバイスにおける変調に伴って変化するため、電力転流の周波数が変化する。照明モジュール／ランプ／照明器具は、（内蔵ＭＣＵ又は周波数検出回路による）周波数検出によって、外部デバイスからデータを取得するだろう。データは、コミッショニング、センサデータ又は照明器具制御のために使用され得る。

第２周波数成分及び第３周波数成分において通信されるデータに関しては、多くの代替のものが可能である。例えば、
データは、同じ時間に同じ値で磁気及びＶＬＣによって送信され、受信機は、これらの２つのチャネルからデータを取得し、それらを比較する。データが同じである場合には、通信中に生じているエラーはない。あるいは、
ペイロード情報を第２データシンボルとして第３周波数成分に埋め込み、前記ペイロード情報のチェックサム情報を第１データシンボルとして第２周波数成分に埋め込むものである。

別の用途においては、ドライバの情報が、第１データシンボル又は第２データシンボルとして送信され得る。これらは、好ましくは、外部から検出されるのが容易ではない情報である。例えば、PCT/CN2016/083947/は、高周波電力転流信号からドライバの何らかの情報を検出するソリューションを開示しており、これらの検出可能な情報は、ドライバのスイッチング周波数、デューティサイクル及び波形振幅を含む。更に、本発明の実施例によれば、ドライバトポロジ、変圧器パラメータ、システム温度、調光レベル、入力電圧、ＬＥＤ電圧などの、より検出可能でない情報が埋め込まれる。これらの２種類の情報から、ランプ診断又は電力監視は改善され得る。

当業者は、請求項に記載の発明を実施する際に、図面、明細及び添付の請求項の研究から、開示されている実施例に対する他の変形を、理解し、達成し得る。請求項において、「有する」という用語は、他の要素又はステップを除外せず、単数形表記は、複数の存在を除外しない。単に、特定の手段が、互いに異なる従属請求項において挙げられているという事実は、これらの手段の組み合わせが有利になるように用いられることができないことを示すものではない。請求項における如何なる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されてはならない。

Claims (15)

1. 基板と、
   トラック構成を有する前記基板上の少なくとも１つの導電性トラックと、
   前記少なくとも１つの導電性トラックに沿って前記基板に取り付けられる照明要素と、
   前記導電性トラックに沿った前記照明要素に、前記トラックを介して、電流を供給するためのドライバとを含む照明モジュールであって、
   前記ドライバが、前記照明要素を照明するよう適応される時間的に変化する電流を供給するよう適応され、前記トラック構成が、照明のために前記照明要素に前記電流を伝導すると共に、前記時間的に変化する電流によって、外部デバイスによるエネルギ収穫のための電磁誘導電力伝送のための変化する電磁場を生成するよう適応される照明モジュール。
2. 前記トラック構成が、滑らかな又は角のあるらせんを含み、前記照明要素が、前記らせんに沿って分布している請求項１に記載のモジュール。
3. 前記ドライバが、ＤＣバイアスを備える交流波形を生成するよう適応され、前記トラックのインダクタンスが、少なくとも１０μＨであり、前記照明要素が、前記らせんの少なくとも１回転に沿って均一若しくは不均一に分布している、且つ／又は前記照明要素が、前記らせんの複数回転にわたって均一若しくは不均一に分布している請求項２に記載のモジュール。
4. 前記トラック構成が、前記照明要素間に成形セグメントを含む請求項１に記載のモジュール。
5. 各成形セグメントが、コイル構成又は伝送線構成を含み、各成形セグメントのインダクタンスが、せいぜい１μＨである請求項４に記載のモジュール。
6. 前記モジュールが、複数の受電要素を備えるカバーに結合されるよう適応され、各成形セグメントが、１つの受電要素と位置合わせされるよう適応される請求項４に記載のモジュール。
7. 前記ドライバが、スイッチモード電源を含む請求項１に記載のモジュール。
8. 前記ドライバが、ＥＭＩフィルタを持たない請求項７に記載のモジュール。
9. 前記ドライバが、出力平滑コンデンサを持たず、前記スイッチモード電源が、連続モードで動作し、ＡＣ成分を備える連続出力電流を供給するよう適応され、前記ＡＣ成分が、少なくとも５００ｍＡの可変振幅と、少なくとも５０ｋＨｚの周波数とを備えるものである請求項７に記載のモジュール。
10. 前記ドライバが、不連続モードで動作し、不連続出力電流を供給するよう適応され、前記ドライバが、
    前記不連続出力電流を平滑化するための出力平滑コンデンサと、
    前記出力平滑コンデンサ及び前記トラックの間のＡＣ阻止インダクタと、
    前記トラックへの少なくとも５０ｋＨｚ及び少なくとも５００ｍＡの交流波形成分を生成するための注入インターフェースとを更に含む請求項７に記載のモジュール。
11. 前記基板の、前記少なくとも１つの導電性トラック及び照明要素とは反対側に、ヒートシンクを更に含む請求項１に記載のモジュール。
12. 前記ヒートシンクが、非金属製のものである、又は
    前記ヒートシンクが、金属製のものであり、前記照明要素のところに位置する熱結合部を有すると共に、前記トラックの放射を可能にするために、前記照明要素が取り付けられていない前記トラックのところにギャップ部を有する請求項１１に記載のモジュール。
13. 請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の照明モジュールであって、前記基板が硬質のものである照明モジュールと、
    前記照明モジュールの上又は近くに配置するための構成要素であって、前記変化する電磁場からエネルギを収穫するためのエネルギ収穫回路を有する構成要素とを含む照明システム。
14. 前記構成要素が、前記照明モジュールを制御するためのセンサを含み、前記構成要素が、光学カバーである請求項１３に記載のシステム。
15. 照明システムを制御する方法であって、
    導電性トラックに沿って取り付けられる照明モジュールの照明要素に、前記導電性トラックを介して、時間的に変化する電流を供給するステップであって、前記導電性トラックが、前記照明要素の照明及び電磁誘導電力伝送のために、前記照明要素に前記電流を伝導すると共に、前記時間的に変化する電流によって、変化する電磁場を生成するステップと、
    前記照明モジュールのところ又は近くに設けられる外部デバイスを使用して、前記変化する電磁場からエネルギを収穫するステップとを有する方法。

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