JP6533451B2 - 無線電力受電装置 - Google Patents
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Description
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
図1〜図3に示すように、本発明のある実施形態にかかる無線電力受電装置1は、第1主面と第2主面とを有する第1誘電体基板100と、第3主面と第4主面とを有する第2誘電体基板200と、を備える。第1誘電体基板100の第1主面上に配置される電力受電部11と、第1誘電体基板100の第1主面上に配置される電波伝送線路110と、第1誘電体基板100の第2主面上および第2誘電体基板200の第3主面上に配置される接地導体20と、第2誘電体基板200の第3主面上の接地導体20上に配置される縦型ショットキーバリアダイオード13と、第1誘電体基板100の第1主面上に配置される電力出電部16と、を含む整流回路10と、第2誘電体基板200の第4主面側に配置される冷却体400と、をさらに備える。冷却体400は、第2誘電体基板200を介して縦型ショットキーバリアダイオード13を冷却する。本実施形態の無線電力受電装置1は、整流回路10に用いられる縦型ショットキーバリアダイオード13の発熱が第2誘電体基板200を介して冷却体400により抑制または除去されるため、整流効率が高い。
第1誘電体基板100は、第1主面と第2主面とを有する。第1誘電体基板100は、特に制限はないが、電力受電部11、電波伝送線路110(第1電波伝送線路111および第2電波伝送線路112)および電力出電部16と、第1接地導体120と、の絶縁性が高い観点から、その抵抗率は、1×104Ωm以上が好ましく、1×106Ωm以上がより好ましい。第1誘電体基板100は、上記観点から、たとえば、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)基板、Al2O3(酸化アルミニウム)基板、AlN(窒化アルミニウム)基板などが好適に挙げられる。
第2誘電体基板200は、第3主面と第4主面とを有する。第2誘電体基板200は、特に制限はないが、第2接地導体220と裏面導体230との絶縁性が高い観点から、その抵抗率は、1×104Ωm以上が好ましく、1×106Ωm以上がより好ましい。また、第2誘電体基板200は、特に制限はないが、整流回路に用いられるダイオードで発生する熱を第2誘電体基板200を介して冷却体へ効率よく排出することが可能となり、ダイオードの発熱を抑制でき整流効率が高くなる観点から、その熱伝導率は、170W・m-1・K-1以上が好ましく、250W・m-1・K-1以上がより好ましい。
本実施形態の無線電力受電装置1の整流回路10は、電力受電部11と、電波伝送線路110と、接地導体20と、縦型ショットキーバリアダイオード13と、電力出電部16と、を含む。かかる整流回路10により、マイクロ波が直流電流に整流される。
縦型ショットキーバリアダイオード13は、特に制限はないが、高耐圧かつ高速動作である観点から、III族窒化物および炭化ケイ素からなる群から選ばれる少なくとも1種類の材料で形成されていることが好ましく、III族窒化物で形成されていることがより好ましい。III族窒化物としては、GaN、AlN、Al1-xGaxN(0<x<1)などが好適に挙げられる。
冷却体400は、特に制限はないが、縦型ショットキーバリアダイオード13を冷却する効果を高める観点から、銅、アルミニウムなどの材料で形成されていることが好ましい。
図1および図3に示す無線電力受電装置を作製した。電力受電部11として、周波数が2.45GHz(波長が122mm)の交流発生装置を用いた。第1誘電体基板100として、直径3mmの開口部100wを有する長さが70mmで幅が55mmで厚さが400μmで誘電率が2.6(無単位)のPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)基板を用いた。第2誘電体基板200として、長さが10mmで幅が10mmで厚さが400μmで誘電率が8.8(無単位)の多結晶AlN基板を用いた。整合回路12を構成する第1電波伝送線路111、ならびに、(1/4)波長線路14およびコンデンサ線路15を構成する第2電波伝送線路112として、幅が1.1mmで厚さが18μmの銅線路を用いた。第1接地導体120および第2接地導体220として、厚さが18μmの銅導体を用いた。第2誘電体基板200の第4主面上に配置される裏面導体230として、厚さが3μmの銅導体を用いた。第1接地導体120の一部と第2接地導体220の一部とを、導電接合体300としてSn−Pb(スズ−鉛)はんだを用いて接合した。
図4に示すように、冷却体を設けずに、第1誘電体基板100上に縦型ショットキーバリアダイオード13を載せたこと以外は、実施例1と同様にして、無線電力受電装置1を作製した。このようにして作製した本比較例の無線電力受電装置の整流効率は43%と低かった。また、縦型ショットキーバリアダイオードの第1主面部の表面温度は70℃と高かった。
10 整流回路
11 電力受電部
12 整合回路
13 縦型ショットキーバリアダイオード
14 (1/4)波長線路
15 コンデンサ線路
16 電力出電部
18a,18b ボンディングワイヤー
20 接地導体
70 無線電力送電装置
71 電力発生装置
72 電力送電部
100 第1誘電体基板
100w 開口部
110 電波伝送線路
111 第1電波伝送線路
112 第2電波伝送線路
120 第1接地導体
200 第2誘電体基板
220 第2接地導体
230 裏面導体
300 導電接合体
400 冷却体
400f フィン
Claims (6)
- 第1主面と第2主面とを有する第1誘電体基板と、第3主面と第4主面とを有する第2誘電体基板と、を備え、
前記第1誘電体基板の前記第1主面上に配置される電力受電部と、前記第1誘電体基板の前記第1主面上に配置される電波伝送線路と、前記第1誘電体基板の前記第2主面上および前記第2誘電体基板の前記第3主面上に配置される接地導体と、前記第2誘電体基板の前記第3主面上の前記接地導体上に配置される縦型ショットキーバリアダイオードと、前記第1誘電体基板の前記第1主面上に配置される電力出電部と、を含む整流回路と、
前記第2誘電体基板の前記第4主面側に配置される冷却体と、をさらに備え、
前記冷却体は、前記第2誘電体基板を介して前記縦型ショットキーバリアダイオードを冷却するものであり、
前記電波伝送線路は、前記第1誘電体基板の前記第1主面の少なくとも一部上に配置される第1電波伝送線路および第2電波伝送線路を含み、
前記接地導体は、前記第1誘電体基板の前記第2主面上に配置される第1接地導体と、前記第2誘電体基板の前記第3主面上に配置される第2接地導体と、前記第1接地導体と前記第2接地導体とを電気的に接続する導電接合体と、を含み、
前記縦型ショットキーバリアダイオードは、第1主面部と第2主面部とを含み、前記第2誘電体基板の前記第3主面上に配置される前記第2接地導体の一部上に、前記縦型ショットキーバリアダイオードの前記第2主面部が電気的に接続するように配置され、前記縦型ショットキーバリアダイオードの前記第1主面部が前記第1電波伝送線路に電気的に接続される、無線電力受電装置。 - 前記第2誘電体基板は、その抵抗率が1×104Ωm以上であり、その熱伝導率が170W・m-1・K-1以上である請求項1に記載の無線電力受電装置。
- 前記第2誘電体基板は、III族窒化物、炭化ケイ素およびダイヤモンドからなる群から選ばれる少なくとも1種類の材料で形成されている請求項1または請求項2に記載の無線電力受電装置。
- 前記冷却体は、板状およびフィン状からなる群から選ばれる少なくとも1種類の形状である請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の無線電力受電装置。
- 前記冷却体は、ペルチェ効果を有する構造体で形成されている請求項1に記載の無線電力受電装置。
- 前記縦型ショットキーバリアダイオードは、III族窒化物および炭化ケイ素からなる群から選ばれる少なくとも1種類の材料で形成されている請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の無線電力受電装置。
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