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公開番号2024060952
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-07
出願番号2022168556
出願日2022-10-20
発明の名称レクテナ装置
出願人学校法人金沢工業大学
代理人個人,個人
主分類H02J 50/27 20160101AFI20240425BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】高周波領域における整流効率の低下を防ぐのに効果的なレクテナ装置の提供を目的とする。
【解決手段】アンテナ回路と整流回路とを有するレクテナであって、前記整流回路は、前記アンテナ回路側との一対の接続部と一対の出力端子とを有し、前記一対の接続部と一対の出力端子との間に形成される、第1ダイオードペアと前記第1ダイオードペアを配線する第1配線回路と第2ダイオードペアと前記第2ダイオードペアを配線する第2配線回路を有し、第1配線回路および第2配線回路が対称配置されていることを特徴とする。
【選択図】 図1
特許請求の範囲【請求項1】
アンテナ回路と整流回路とを有するレクテナであって、
前記整流回路は、前記アンテナ回路側との一対の接続部と一対の出力端子とを有し、
前記一対の接続部と一対の出力端子との間に形成される、第1ダイオードペアと前記第1ダイオードペアを配線する第1配線回路と第2ダイオードペアと前記第2ダイオードペアを配線する第2配線回路を有し、第1配線回路および第2配線回路が対称配置されていることを特徴とするレクテナ装置。
続きを表示(約 220 文字)【請求項2】
前記第1配線回路と第2配線回路の配線長が概ね同一であることを特徴とする請求項1記載のレクテナ装置。
【請求項3】
前記一対の出力端子は第1出力端子と第2出力端子とからなり、前記第1出力端子と第2出力端子との間に平滑キャパシタを有していることを特徴とする請求項1記載のレクテナ装置。
【請求項4】
前記一対の接続部に、直流カットキャパシタを有していることを特徴とする請求項3記載のレクテナ装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明はレクテナ装置に関し、特にその整流回路に係る。
続きを表示(約 3,000 文字)【背景技術】
【0002】
レクテナはアンテナと整流器の複合デバイスであり、高周波からなる受電電力を直流電力に変換するのに用いられる。
例えば図10(a)に、ブリッジダイオード形レクテナ装置の基本構成例を示す。
アンテナと、整合回路及びDCブロックを介して、ブリッジダイオード等の整流器と接続することで整流効率の向上を図っている。
また、ダイオードから発生する高調波を反射し、ダイオードに戻す高調波反射回路が接続されている。
本出願に係る発明者らは、これまでに5.8GH

帯5Wの高効率レクテナを構成するために図10(b),(c)に示すように、表面にブリッジダイオードと平滑用コンデンサを集積化した整流器ICとアンテナの高調波処理給電部(HRF:Harmonic reaction feeder)を配置し、裏面に先端短絡スタブを接続した高インピーダンス ダイポールアンテナを配置したレクテナを提案している(非特許文献1)。
【0003】
無線電力伝送では、空間伝搬の損失が大きい。
高周波にするほど、波長に対するアンテナ開口面積が相対的に大きくなり高利得が得られるため、近年は20GH

以上の周波数領域が注目されている。
例えば、図11に周波数に対する空間伝搬効率(a)及び整流回路の効率変化(b)のグラフを示す。
図11(b)に示すように高周波領域では、整流器の効率低下が問題になる。
上記、非特許文献1にて採用した整流回路図を模式的に示した図2にて説明すると、第1ダイオードペアと各端子の間を配線する第1配線回路と、第2ダイオードペアと各端子の間を配線する第2配線回路は、それぞれが対称となる形状に配置されていないために、非対称性に起因する寄生インダクタンスが生じる。
これが整流効率の低下の原因となっていた。
特に10GH

を超える高周波では、この寄生インダクタンスのため、直流出力端子が理想的な中点とならず平滑キャパシタで十分に平滑にされない問題が生じる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0004】
小松 郁弥,桔川 洸一,麦谷 彰彦,坂井 尚貴,伊東 健治,「放熱機能を有するアンテナを用いる5.8GHz帯5Wレクテナ」,信学技報MW2021-117,P.36-41,2022年3月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、高周波領域における整流効率の低下を防ぐのに効果的なレクテナ装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明に係るレクテナ装置は、アンテナ回路と整流回路とを有するレクテナであって、前記整流回路は、前記アンテナ回路側との一対の接続部と一対の出力端子とを有し、前記一対の接続部と一対の出力端子との間に、第1ダイオードペアと前記第1ダイオードペアを配線する第1配線回路と第2ダイオードペアと前記第2ダイオードペアを配線する第2配線回路を有し、第1配線回路および第2配線回路が対称配置されていることを特徴とする。
ここで、例えば図1にて説明すると、第1配線回路は第1ダイオードペア(ダイオードA

、ダイオードA

)と端子間の配線、第2配線回路とは第2ダイオードペア(ダイオードB

、ダイオードB

)と端子間の配線である。
なお、本発明にてダイオードペアとは広義のペアを意味し、例えば図10(c)に示すように3直列ダイオードがペアになっているもの等、複数のダイオードがペアになっているものも含まれる。
より具体的に説明すると、整流器には高周波電力を受電するアンテナ側と接続された第1接続部(RF IN)11Aと、第2接続部(RF IN)11Bとを有し、整流器にて直流電力に変換され、出力される第1出力端子12Aと第2出力端子12Bとが形成されている。
電流の導通路としては、第1接続部11Aの電位の方が高い場合に、ダイオードA

を経由して第1出力端子12Aに流れる。
戻りの電流は、ダイオードB

を経由して第2接続部11Bとなる。
また、第2接続部11Bの電位の方が高い場合には、電流の導通路としてはダイオードB

を経由して第1出力端子12Aに流れ、戻りの電流はダイオードA

を経由して第1接続部11Aとなる。
従って、第1接続部11Aから見ると、整流器(RF)にダイオードA

を経由して入力され、ダイオードA

を経由して戻り回路が形成され、第2接続部11Bから見ると、整流器(RF)にダイオードB

を経由して入力され、ダイオードB

を経由して戻りの回路が形成される。
そこで、第1配線回路Aは、整流回路に設けられたアンテナ側との第1接続部11Aからの導通の入力回路及び戻りの回路をいい、第2配線回路Bは同第2接続部11Bからの導通の入力回路及び戻りの回路をいう。
また、対称配置とは、第1及び第2配線回路に寄生インダクタンスが発生するのを抑えることができる程度に、バランスがとれていることをいう。
【0007】
ここで、第1配線回路と第2配線回路が対称配置されることで、前記第1配線回路と第2配線回路の配線長が概ね同一であるのが好ましい。
【0008】
本発明においては、前記一対の出力端子は第1出力端子と第2出力端子とからなり、前記第1出力端子と第2出力端子との間に平滑キャパシタを有するのが好ましく、さらには前記一対の接続部に、直流カットキャパシタを有していてもよい。
【発明の効果】
【0009】
本発明においては、アンテナ回路と整流回路を有するレクテナ装置において、整流回路を構成する第1配線回路と第2配線回路とを対称形になるように配置したので、10GH

を超えるような高周波に対しても整流効率が低下するのを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
本発明に係る実施例1の整流回路の例を示す。(a)は配線例、(b)は配線A

とB

の重なり部分の断面図、(c)は回路図を示す。
非特許文献1に記載されている配線例(従来例)を示す。
電流効率の比較を示す。
実施例2を示す。
実施例2の配線例を示す。
実施例3を示し、(a)は配線例、(b)は回路図を示す。
実施例3の変形例を示す。
実施例4を示し、(a)は配線例、(b)は回路図を示す。
実施例5を示し、(a)は配線例、(b)は回路図を示す。
レクテナの構成例を示す。
周波数に対する空間伝搬効率変化、及び整流回路の効率変化を示す。
【発明を実施するための形態】
(【0011】以降は省略されています)

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