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公開番号2024089649
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-03
出願番号2023213216
出願日2023-12-18
発明の名称電力変換装置、無線通信装置、センサおよび無線給電装置
出願人東レ株式会社,学校法人金沢工業大学
代理人弁理士法人酒井国際特許事務所
主分類H02J 50/27 20160101AFI20240626BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】電磁波を高い効率で直流電源電圧に変換する薄膜トランジスタから構成された整流回路とループアンテナを用いた電力変換装置、無線通信装置、センサおよび無線給電装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置10は、薄膜トランジスタから構成される整流回路と、前記整流回路の静電容量成分と共振する誘導性成分を有するループアンテナと、を備え、前記ループアンテナの電気長が受電する電磁波の1/8波長以上3/4波長以下である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
薄膜トランジスタから構成される整流回路と、
前記整流回路の静電容量成分と共振する誘導性成分を有するループアンテナと、
を備え、
前記ループアンテナの電気長が、
受電する電磁波の１／８波長以上３／４波長以下である、
電力変換装置。
続きを表示（約 850 文字）【請求項２】
前記整流回路と前記ループアンテナとを電気的に接続する接続配線をさらに備え、
前記接続配線は、
誘電体と接し、前記整流回路と前記ループアンテナとを接続する電気長が
受電する電磁波の１／１６波長以下である、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記整流回路は、
２つ以上の薄膜トランジスタから成るダイオードから構成されてなる、
請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記整流回路は、
倍電圧整流回路である、
請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記ループアンテナは、
同一平面において並列に２つ以上接続されて配置されてなる、
請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記整流回路の構成素子は、
前記整流回路の高周波グラウンドに対して線対称に配置されてなる、
請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記整流回路は、
ブリッジ型整流回路である、
請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記ループアンテナ、前記接続配線、および、
前記整流回路の入力電極が、同層に形成されてなる、
請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記ループアンテナ、前記接続配線、もしくは、前記整流回路を構成する少なくともいずれかの電極の外皮が結晶性の高い金属材料および炭素材料を含む、
請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記薄膜トランジスタの半導体層は、
カーボンナノチューブ、グラフェン、フラーレン、および有機半導体からなる群より選ばれる１種以上を含有する、
請求項１または２に記載の電力変換装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置、無線通信装置、センサおよび無線給電装置に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信装置では、無線信号（電波）から電力を受けて動作する非接触型のものが増加している。中でも、無線通信装置のタグとしてＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）技術を用いた無線通信システムの開発が進められている。
【０００３】
ＲＦＩＤタグは、ＩＣチップ等の半導体集積回路装置と、リーダ／ライタと呼ばれる無線送受信機および通信するためのアンテナと、を有している。ＲＦＩＤタグは、タグ内に設置されたアンテナが、リーダ／ライタから送信される電波を受信し、受信した電波を整流回路で整流して直流電源電圧を生成する。この直流電源電圧は、ＩＣチップ内の内部回路に供給され、タグが動作する。
【０００４】
最近では、ＲＦＩＤタグの低コスト化に向けて、タグＩＣを薄膜トランジスタ（ｔｈｉｎｆｉｌｍｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＴＦＴ）回路に置き換える試みが注目されている。ＴＦＴ技術では、高分子ポリマーや無機セラミックスといった大面積基板上に電子回路を大量製造することができ、ＲＦＩＤタグの製造コスト削減を期待することができる。
【０００５】
一方で、その電気特性は、シリコンＩＣや個別半導体回路よりも劣るため、ＴＦＴ回路の高性能化が必要となる。中でも、電波を受信してタグの駆動電力を生成する、アンテナと整流回路、即ち、レクテナから成る電力変換装置の効率改善が重要課題の１つである。この電力変換装置の変換効率が改善すれば、ＴＦＴ回路を用いたＲＦＩＤタグの通信距離が向上し、タグの適用範囲が広がると期待できる。この効率改善に向けた方策としては、アンテナと整流回路との間のインピーダンス整合をとることで電力反射を抑えることが重要であり、種々の方針が考えられる。
【０００６】
例えば、特許文献１では、アンテナと整流回路との間に、インピーダンス整合回路として個別キャパシタを設け、アンテナとインピーダンス整合をとっている。これにより、特許文献１では、電力の反射を抑え、受電効率の向上が可能となる。
【０００７】
また、特許文献２では、電力ロスの要因となる整合回路をなくし、ダイポールアンテナの形状を調整することで、アンテナのインピーダンスを調整し、整流回路とインピーダンス整合をとっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特許第５７３１０４０号
特許第７０１５０５４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した特許文献１のようにインピーダンス整合回路を用いた場合、そのインピーダンス整合回路の寄生成分、例えば抵抗性、容量性および誘導性成分等により電力ロスが生じるという問題点があった。さらに、ＴＦＴ整流回路は、シリコンＩＣまたは個別半導体に比べて、高インピーダンスを示すため、寄生成分への電力ロスの影響が大きくなるという問題点があった。
【００１０】
また、特許文献２のような形状を調整したダイポールアンテナは、寄生抵抗成分のあるキャパシタまたはインダクタを比較的多く含む構造である。このため、特許文献２のような形状を調整したダイポールアンテナは、本質的にアンテナで電力ロスを生じてしまうという問題点があった。
（【００１１】以降は省略されています）

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