JP2006166522A

JP2006166522A - 電流供給方法

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Publication number: JP2006166522A
Application number: JP2004351131A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Okuma; 一夫大熊
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-12-03
Filing date: 2004-12-03
Publication date: 2006-06-22

Abstract

【課題】積層乾電池やＡＣ電源などを購入しなくても、個々の家庭などで簡便に直流電流や交流電流を作り出すことができ、それらの電流を所定の電気的要素に供給しうる電流供給方法を提供する。
【解決手段】マイクロ波を照射する電子レンジ１と、マイクロ波を受信して電流に変換するマイクロ波変換手段２と、を用いて、所定の電気的要素６に電流を供給する電流供給方法であって、電子レンジ１において、マイクロ波を照射するマイクロ波照射工程と、そのマイクロ波照射工程によって照射されたマイクロ波をマイクロ波変換手段２に当てて、電流を所定の電気的要素６に供給する電流供給工程と、を含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤや超音波振動子などの電気的要素に電流を供給する電流供給方法に関するものである。

従来より、電球，蛍光灯，ＬＥＤといった光源や、電歪振動子や磁歪振動子といった超音波振動子などの電気的要素に、直流電流或いは交流電流を供給しうるものとして、積層乾電池，水銀電池，リチウム電池，ボタン電池，ＤＣ電源，ＡＣ電源などの電流供給装置（電流供給素子）がある。そして、これらの電流供給装置（電流供給素子）は、電器店や専門店等で販売されており、店に足を運べば誰でも入手することができる。

従って、例えばＬＥＤを用いて何かに光を照射しようとする場合には、直流電流を供給しうる積層乾電池等を購入するために店に足を運ぶ必要があり、また、超音波振動子を用いて何かを超音波洗浄しようとする場合には、交流電流を供給しうるＡＣ電源等を購入するために店に足を運ぶ必要があった。

しかしながら、上述した積層乾電池やＡＣ電源によって電流を供給しようとする場合には、それらの寿命が尽きたとき、再び店に足を運んで新品を購入する必要があり、手間がかかる。

また、家の近くに電器店や専門店等がない場合には、新品を購入することすらできない。

そこで、本発明者は、積層乾電池やＡＣ電源による電流供給方法以外に、個々の家庭などで簡便に電流を作り出すことができないか鋭意検討した結果、本発明を着想するに至った。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、積層乾電池やＡＣ電源などを購入しなくても、個々の家庭などで簡便に直流電流や交流電流を作り出すことができ、それらの電流を所定の電気的要素に供給しうる電流供給方法を提供することにある。

以上のような課題を解決するために、本発明は、以下のものを提供する。

（１）マイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、マイクロ波を受信して電流に変換するマイクロ波変換手段と、を用いて、所定の電気的要素に電流を供給する電流供給方法であって、前記マイクロ波照射装置において、マイクロ波を照射するマイクロ波照射工程と、前記マイクロ波照射工程によって照射されたマイクロ波を前記マイクロ波変換手段に当てて、電流を所定の電気的要素に供給する電流供給工程と、を含むことを特徴とする電流供給方法。

本発明によれば、マイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、マイクロ波を受信して電流に変換するマイクロ波変換手段と、を用いて、例えばＬＥＤや超音波振動子など所定の電気的要素に電流を供給する電流供給方法であって、上述したマイクロ波照射装置において、マイクロ波を照射するマイクロ波照射工程と、そのマイクロ波照射工程によって照射されたマイクロ波をマイクロ波変換手段に当てて、電流を所定の電気的要素に供給する電流供給工程と、を含むことしたから、マイクロ波照射装置及びマイクロ波変換手段があれば、簡便に電流を作り出すことができる。

すなわち、積層乾電池やＡＣ電源などを購入しなくても、個々の家庭などで簡便に直流電流や交流電流を作り出すことができ、それらの電流を所定の電気的要素に供給することができる。

また、本発明によれば、マイクロ波照射装置及びマイクロ波変換手段が故障しない限り電流を供給することができる。本発明は、マイクロ波照射装置内で発生するマイクロ波を用いるものなので、マイクロ波資源の有効利用に資することもできる。

ここで、「マイクロ波変換手段」は、マイクロ波を受信して交流電流を発生し得るものであれば、如何なるものであっても構わない。例えば、厚さの薄い誘電体基板上に円形パッチを作製し、これを共振器として動作させる円形マイクロストリップアンテナ（ＣＭＳＡ）を支持体の周囲に複数設け、かつ、それら複数のＣＭＳＡに逓倍回路（ＰＬＬ）を接続して所望周波数の交流電流を発生させるようにしてもよい。また、マイクロ波受電アンテナ，入力フィルタ，整流回路，出力フィルタなどを組み込んだ回路を作り、これらの電気的要素を介することによってマイクロ波から一旦直流電流を発生させ、その後、その直流電流を利用して超音波発振器を駆動させ、所望周波数の交流電流を発生させるようにしてもよい。また、例えば銅エッチングで平面状にスパイラル形状で印刷形成したアンテナコイルを支持体の周囲に取り付け、そのアンテナコイルで誘起された交流信号をＩＣに入力し、そのＩＣの出力に基づき所望周波数の交流電流を発生させるようにしてもよい。さらに、場合によっては、所定ピッチで配置されたコイルより形成され、マイクロ波の周波数に共振するアンテナを設置することによって、所望周波数の交流電流を発生させるようにしてもよい。なお、このとき、アンテナからの出力電圧を適宜整流してもよい。また、アンテナで発生した共振電流の周波数を分周するようにしてもよい。

（２）前記所定の電気的要素はＬＥＤであって、前記マイクロ波変換手段は、マイクロ波を受信して直流電流に変換する機能を有することを特徴とする（１）記載の電流供給方法。

本発明によれば、上述した所定の電気的要素はＬＥＤであって、上述したマイクロ波変換手段に、マイクロ波を受信して直流電流に変換する機能をもたせることとしたから、積層乾電池等を特に購入しなくても、マイクロ波照射装置とマイクロ波変換手段を用いるだけでＬＥＤに直流電力を供給することができ、ひいてはそのＬＥＤを発光させることができる。

（３）前記マイクロ波変換手段は、マイクロ波を受信するアンテナと、整流作用を有するショットキーダイオードと、の直列回路からなることを特徴とする（２）記載の電流供給方法。

本発明によれば、上述したマイクロ波変換手段は、マイクロ波を受信するアンテナと、整流作用を有するショットキーダイオードと、の直列回路からなることとしたから、アンテナにおいて発生した共振電流を整流（半波整流）することができ、マイクロ波から電力（直流電力）を取り出すことができる。

従って、積層乾電池等を特に購入しなくても、マイクロ波から、アンテナ，ショットキーダイオードを介して電流を作り出すことができ、例えば家庭用電子レンジなどのマイクロ波照射装置を用いて簡便にＬＥＤを発光させることができる。

（４）前記所定の電気的要素は超音波振動子であって、前記マイクロ波変換手段は、マイクロ波を受信して交流電流に変換する機能を有することを特徴とする（１）記載の電流供給方法。

本発明によれば、上述した所定の電気的要素は、超音波振動子であって、上述したマイクロ波変換手段に、マイクロ波を受信して交流電流に変換する機能をもたせることとしたから、ＡＣ電源等を特に購入しなくても、マイクロ波照射装置を用いるだけで超音波振動子に交流電力を供給することができ、ひいてはその超音波振動子を駆動して、例えば超音波洗浄を行うことができる。

（５）前記マイクロ波変換手段は、マイクロ波を受信するアンテナと、前記アンテナに直列に接続され、共鳴トンネルダイオードの非線形性を利用してカオスを生成するカオス生成回路と、からなり、前記カオス生成回路は、前記アンテナで発生した共振電流の周波数を分周することを特徴とする（４）記載の電流供給方法。

本発明によれば、上述したマイクロ波変換手段は、マイクロ波を受信するアンテナと、そのアンテナに直列に接続され、共鳴トンネルダイオードの非線形性を利用してカオスを生成するカオス生成回路と、からなり、そのカオス生成回路によって、アンテナで発生した共振電流の周波数が分周されることとしたから、超音波振動子を駆動するのに適切な周波数の交流電流を作り出すことができる。

（６）前記マイクロ波変換手段は、マイクロ波が当たると発光する蛍光灯と、前記蛍光灯から発せられた光に基づき電流を生成する受光素子と、から構成されることを特徴とする（１）記載の電流供給方法。

本発明によれば、上述したマイクロ波変換手段は、マイクロ波が当たると発光する蛍光灯と、例えばフォトダイオード，太陽電池など、その蛍光灯から発せられた光に基づき電流を生成する受光素子と、から構成されることとしたから、積層乾電池やＡＣ電源などを購入しなくても、蛍光灯から発せられた光を利用して電流を生成する受光素子によって、個々の家庭などで簡便に直流電流や交流電流を作り出すことができる。

以上説明したように、本発明は、マイクロ波照射装置とマイクロ波変換手段とを用意すれば、積層乾電池やＡＣ電源等を購入しなくても、個々の家庭などで簡便に直流電流又は交流電流を所定の電気的要素に供給することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

［電流供給方法の概要］
図１は、本発明の実施の形態に係る電流供給方法を説明するための説明図である。

図１において、本発明の実施の形態に係る電流供給方法は、マイクロ波照射装置の一例に相当する電子レンジ１と、マイクロ波を受信して電流に変換するマイクロ波変換手段２と、例えばＬＥＤ，超音波振動子（電歪振動子又は磁歪振動子），蓄電池，又はペルチェ素子（冷却装置）などの所定の電気的要素６と、を用いる。なお、マイクロ波変換手段２と電気的要素６とはリード線等によって電気的に接続されている。所定の電気的要素６として冷却装置を採用した場合には、電子レンジ１内で、例えば飲み物を冷却することも可能になる。

電子レンジ１は、摩擦現象によって肉・魚等の冷凍食品や牛乳・お酒等の飲み物などの被加熱物を昇温させるために、マグネトロン３において発生した約２．４５ＧＨｚのマイクロ波を、導波管（図示せず）の開口部４から加熱室５に照射するものである。なお、電子レンジ１は、マイクロ波を照射しうるものであれば何でもよく、誘電加熱機能のみを備える装置のみならず、放射加熱機能や輻射加熱機能などの付加機能を備える装置であってもよい。

マイクロ波変換手段２は、上述した２．４５ＧＨｚのマイクロ波を受信して電流（直流電流又は交流電流）に変換しうるものであれば何でもよい。詳細については、［マイクロ波変換手段］において後述する。

なお、マイクロ波による摩擦現象によって電気的要素６の温度が上昇するのを防ぐため、例えば瀬戸物などで電気的要素６を覆うことも可能である。

次に、本発明の実施の形態に係る電流供給方法の概要について説明する。まず、マイクロ波変換手段２と電気的要素６を、電子レンジ１の中に電気的に接続した状態で入れる。次に、電子レンジ１の前扉を閉め、調理スタートのボタンを押す。そうすると、マグネトロン３によって発生されたマイクロ波が電子レンジ１の加熱室５内に照射される。次に、マイクロ波変換手段２は、電子レンジ１の加熱室５内に照射されたマイクロ波を受信し、それを電流（直流電流又は交流電流）に変換する。最後に、この電流を電気的要素６に供給する。

このようにして、電子レンジ１内で電流を作り出すようにすることで、積層乾電池やＡＣ電源などを購入しなくても、個々の家庭などで簡便に直流電流や交流電流を作り出すことができ、それらの電流を用いて所定の電気的要素６に電流を供給することができる。

［マイクロ波変換手段］
図２は、本発明の実施の形態に係る電流供給方法に用いられるマイクロ波変換手段２の回路構成の一例を示すブロック図である。なお、所定の電気的要素６とてしてはＬＥＤ１２を採用している。

図２（ａ）において、マイクロ波変換手段２及び電気的要素６の回路構成は、例えば中空円筒状又はロッド状の導体より形成され、電子レンジ１内のマイクロ波を検知するアンテナコイル２０と、検知されたマイクロ波に基づき発生した高周波電流（共振電流）を整流する検波ダイオード１１と、直流電流（直流電力）の供給を受けて発光するＬＥＤ１２と、の直列回路よりなる。

なお、例えば、アンテナコイル２０として、その展開長がマイクロ波の波長の約１／４のヘリカルアンテナを採用することができる。これにより、共振電流を増加させることができる。また、検波ダイオード１１として、ショットキーダイオード（ショットキーバリアダイオード）を採用することができる。これにより、高周波整流を適切に行うことができ、逆回復（リカバリ）特性を良好なものにすることができる。一方で、共振電流が大きすぎる場合には、電気的要素６が破壊される可能性がある。これを防ぐために、例えば、アンテナコイル２０をセラミックなどの不導体で覆うことができる。また、回路中にサージ保護回路や過電流保護回路を介在させることもできる。このようにして、共振電流を低く抑えることで、所望の電流を取り出すことができる。

また、図２（ａ）では、整流された電流をダイレクトにＬＥＤ１２に送るようにしているが、例えば増幅回路を介在させ、電流増幅を行った後に送るようにしてもよい。さらに、図２（ａ）では、収納スペースを考慮してヘリカルアンテナを採用しているが、本発明はこれに限られず、例えば図２（ｂ）に示すように、単にエナメル線を接続するだけでもマイクロ波検知は可能である。

図２（ａ）に示す回路構成の動作としては、まず、アンテナコイル２０がマイクロ波を検知すると、そのアンテナコイル２０が励振される。そして、このアンテナコイル２０と検波ダイオード１１との直列回路において高周波電流（共振電流）が発生する。そして、この高周波電流は、検波ダイオード１１によって整流され、直流電力としてＬＥＤ１２に送られる。

ここで、図２（ａ）に示す回路において作り出される電流波形について説明する。図３は、図２（ａ）に示す回路において高周波電流が整流される様子を示す説明図である。

図３において、アンテナコイル２０が励振されることによって生じた高周波電流（共振電流）は、＋の極性と−の極性の両方をもつ交流である（図３（ａ）参照）。従って、全体の電力としては±０となり、このままではＬＥＤ１２は点灯（点滅）しない。しかし、検波ダイオード１１を回路に挿入することによって、図３（ａ）に示す交流は、図３（ｂ）に示すように半波整流され、高周波電流の周波数が十分高い場合には直流とみなせるようになる。すなわち、検波ダイオード１１を回路に挿入することによって、ＬＥＤ１２に直流電力を供給することができ、その結果、ＬＥＤが点灯（点滅）するようになる。

図４は、本発明の実施の形態に係る電流供給方法に用いられるマイクロ波変換手段２の回路構成の他の一例を示すブロック図である。なお、所定の電気的要素６としては、超音波振動子１３を採用している。

図４において、マイクロ波変換手段２及び電気的要素６の回路構成は、アンテナ２１と、インダクタＬと、共鳴トンネルダイオードＲＴＤ，キャパシタＣ，及び超音波振動子１３の並列回路と、の直列回路よりなる。

カオスを生成する非線形系では、一般的に、入力周波数や振幅などの条件に応じて、入力周期の整数倍の周期をもつ長周期応答を示すことが知られている。すなわち、この長周期応答に着目すれば、入力信号の分数調波を生成して出力しているとみなせることとなる。なお、共鳴トンネルダイオードＲＴＤの具体例としては、例えばIII−Ｖ族半導体のヘテロ接合構造でできたものなどが挙げられる。

図４に示す回路構成の動作としては、まず、アンテナ２１がマイクロ波を検知すると、そのアンテナ２１が励振される。そして、このアンテナ２１において高周波電流（共振電流）が発生する。そして、この高周波電流は、カオス発生回路中のインダクタＬを介して、共鳴トンネルダイオードＲＴＤ及びキャパシタＣの並列回路に流入する。このとき、電圧−電流特性に大きな負性抵抗をもつ共鳴トンネルダイオードによる共鳴トンネル効果に基づき、高周波電流の整数倍の周期をもつ長周期応答を示す信号が生成される。最後に、この信号が、超音波振動子１３（或いはこれを駆動する超音波発振器）に送られる。

ここで、図４に示すカオス生成回路おいて作り出される電流波形について説明する。図５は、図４に示すカオス生成回路において高周波電流が分周される様子を示す説明図である。

図５において、電子レンジ１内のマグネトロン３は、一般的に２．４５ＧＨｚの周波数をもつマイクロ波を発生させるものである。従って、例えば図５（ａ）に示すように、アンテナで発生した共振電流は、例えば２．４５ＧＨｚなど高い周波数をもつこととなる。しかし、高周波動作が可能な分周器として機能しうるカオス発生回路を通すことで、その周波数は所定の周波数に下げることが可能になる（図５（ｂ）参照）。図５（ａ）から図５（ｂ）においては、約１／２に分周されている。このようにして、超音波振動子１３を駆動するのに適切な周波数の交流電流を送ることができる。なお、ここでは分周するにあたってカオス生成回路を用いることとしたが、例えばローパスフィルタ，バンドパスフィルタなどを用いて分周するようにしてもよい。

図６は、本発明の実施の形態に係る電流供給方法に用いられるマイクロ波変換手段２の回路構成の他の一例を示すブロック図である。なお、所定の電気的要素６は省略する。

図６において、マイクロ波変換手段２の回路構成は、蛍光灯１４と、例えばフォトダイオードや太陽電池などの受光素子１５と、よりなる。なお、蛍光灯は、ドーナツ型，ボール型，棒型など、形状はいかなるものであってもよい。また、受光素子１５としては、フォトトランジスタ，フォトダーリントン，ＰＩＮフォトダイオードなど、その種類の如何は問わない。

図６に示す回路構成の動作としては、まず、電子レンジ１の加熱室５内にマイクロ波が照射されると、蛍光灯１４が発光する。より具体的には、蛍光灯１４内の水銀や不活性ガスが、２．４５ＧＨｚのマイクロ波によってプラズマ状態となって励起されることによって、蛍光灯１４が発光する。このように、蛍光灯１４は、たとえ壊れていても（フィラメント部分が壊れていても）発光する。そして、受光素子１５は、蛍光灯１４から発光された光を受光し、電流に変換した後、所定の電気的要素（図示せず）にこの電流を送る。なお、図６では示していないが、検波ダイオード１１を挿入することもできる。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係る電流供給方法によれば、積層乾電池やＡＣ電源などを購入しなくても、電子レンジ１とマイクロ波変換手段８とを用意すれば、個々の家庭において簡便に直流電流や交流電流を作り出すことができ、その結果、それらの電流を電気的要素６に供給することがある。

本発明に係る電流供給方法は、個々の家庭などで簡便に電流を作りだすことができるものとして有用である。

本発明の実施の形態に係る電流供給方法を説明するための説明図である。本発明の実施の形態に係る電流供給方法に用いられるマイクロ波変換手段の回路構成の一例を示すブロック図である。図２（ａ）に示す回路において高周波電流が整流される様子を示す説明図である。本発明の実施の形態に係る電流供給方法に用いられるマイクロ波変換手段の回路構成の他の一例を示すブロック図である。図４に示すカオス生成回路において高周波電流が分周される様子を示す説明図である。本発明の実施の形態に係る電流供給方法に用いられるマイクロ波変換手段の回路構成の他の一例を示すブロック図である

符号の説明

１電子レンジ
２マイクロ波変換手段
３マグネトロン
４開口部
５加熱室
６電気的要素
１１検波ダイオード
１２ＬＥＤ
１３超音波振動子
１４蛍光灯
１５受光素子
２０アンテナコイル
２１アンテナ
Ｌインダクタ
ＲＴＤ共鳴トンネルダイオード
Ｃキャパシタ

Claims

マイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、マイクロ波を受信して電流に変換するマイクロ波変換手段と、を用いて、所定の電気的要素に電流を供給する電流供給方法であって、
前記マイクロ波照射装置において、マイクロ波を照射するマイクロ波照射工程と、
前記マイクロ波照射工程によって照射されたマイクロ波を前記マイクロ波変換手段に当てて、電流を所定の電気的要素に供給する電流供給工程と、を含むことを特徴とする電流供給方法。
前記所定の電気的要素はＬＥＤであって、前記マイクロ波変換手段は、マイクロ波を受信して直流電流に変換する機能を有することを特徴とする請求項１記載の電流供給方法。
前記マイクロ波変換手段は、マイクロ波を受信するアンテナと、整流作用を有するショットキーダイオードと、の直列回路からなることを特徴とする請求項２記載の電流供給方法。
前記所定の電気的要素は超音波振動子であって、前記マイクロ波変換手段は、マイクロ波を受信して交流電流に変換する機能を有することを特徴とする請求項１記載の電流供給方法。
前記マイクロ波変換手段は、マイクロ波を受信するアンテナと、前記アンテナに直列に接続され、共鳴トンネルダイオードの非線形性を利用してカオスを生成するカオス生成回路と、からなり、
前記カオス生成回路は、前記アンテナで発生した共振電流の周波数を分周することを特徴とする請求項４記載の電流供給方法。
前記マイクロ波変換手段は、マイクロ波が当たると発光する蛍光灯と、前記蛍光灯から発せられた光に基づき電流を生成する受光素子と、からなることを特徴とする請求項１記載の電流供給方法。