WO2013005375A1 - 整流器及び無線電力伝送システム - Google Patents
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Abstract
整流器は、入力されたRF電力を整流するダイオードと、DC電力のRF入力ポートへの漏洩を防ぐ入力回路と、入力されたRF電力の周波数f0の偶数倍の周波数(2×n×f0(nは正の整数))の一部又は全部に対して短絡状態となり、かつ、他の周波数に対しては開放状態となる周波数特性を有する高調波制御回路と、RF電力の通過を阻止するローパスフィルタとしての周波数特性を有し、当該ローパスフィルタを通過したDC電力をDC出力ポートへ送る出力回路と、を少なくとも備え、上記ダイオードのアノード端が接地され、上記ダイオードのカソード端に、上記出力回路と上記高調波制御回路とが並列に接続され、上記RF入力ポートと上記ダイオードのカソード端との間に上記入力回路と上記高調波制御回路とが接続される。
Description
本発明は、整流器及び整流器を用いる無線電力伝送システムに関する。
従来、電磁誘導現象を利用して電力を無線で伝送するシステム(無線電力伝送システム)(下記特許文献1参照)や、マイクロ波を利用する無線電力伝送システム(下記特許文献2参照)が提案されていた。そして、近年には、磁界エネルギの共鳴現象(磁界共鳴)を利用する無線電力伝送システム(下記特許文献3参照)が提案されている。
磁界共鳴方式は、従来の電磁誘導方式に比べ、送電可能距離及び送電効率が大きい。そのため、磁界共鳴方式は、電気自動車(EV(Electric Vehicle))等のような大電力を必要とする移動体や、テレビ、パソコン等のような比較的消費電力の大きい家電製品などへの充電技術として期待されている。
これら無線電力伝送システムは、一般的に次のような周波数帯を使用する。電磁誘導現象を利用するシステムはキロヘルツ(kHz)帯を使用し、マイクロ波を利用するシステムはギガヘルツ(GHz)帯を使用し、磁界共鳴を利用するシステムはメガヘルツ(MHz)帯を使用する。
このような無線電力伝送システムにおいては、受電されたRF(Radio Frequency)電力をDC(Direct Current)電力に変換する整流器が必要となる。図8は、整流器の一般的な回路構成を示す図である。図8に示されるように、整流器は、入力回路2、ダイオード3、出力回路4等のようなコンポーネントから構成される。入力回路2は、RF入力ポート1のインピーダンスとダイオード3とのインピーダンスをマッチングする整合回路としての役割、ダイオード3で変換されたDC電力を入力ポートに漏らさないDCブロック回路としての役割を持つ。ダイオード3は、RF電力を一方向に整流する役割を持つ。出力回路4は、RF電力をカットし、DC電力のみをDC出力ポート5から取り出し負荷6に伝える役割を持つ。
このような整流器の効率改善を目的として、熱損を低減する技術が提案されている。熱損とは、ダイオード3で消費される電力損失である。熱損は、ダイオード端において、電流成分及び電圧成分が同時刻に有限の値をとり、かつ、電流と電圧との積の時間積分値が有限であった場合に生じる。この熱損は、主に、整流器を流れる電流電圧波形を構成する高次高調波成分により発生する。
下記特許文献4及び5には、高次高調波成分の発生を抑制するために、バンドパスフィルタ機能を出力回路4に持たせる技術がそれぞれ提案されている。
下記特許文献4では、当該バンドパスフィルタ機能は、入力されたRF電力の1/4波長の長さを持つスタブ(λ/4スタブ線路)と接地されたコンデンサとにより得られる。このバンドパスフィルタは、入力されたRF電力の周波数をf0とすると、奇数次(f0、3f0、5f0、・・・)の周波数に対しては開放となり、偶数次(2f0、4f0、6f0、・・・)の周波数に対しては短絡となる周波数特性を有する。
一方、下記特許文献5では、当該バンドパスフィルタ機能は、λ/4オープンスタブ線路とλ/8オープンスタブとを直列に接続することにより得られる。このバンドパスフィルタは、入力されたRF電力の周波数をf0とすると、偶数次の周波数の一部(2f0、6f0、10f0、14f0、・・・)に対して短絡となり、その他の周波数に対して開放となる周波数特性を有する。
しかしながら、上述のような、出力回路4に高次高調波制御機能を持たせた整流器には、出力回路4に対する寄生容量、寄生インダクタンスの影響により、所望の高次高調波制御特性が得られなくなり、効率が悪化するという問題が生じる。
この問題は、ダイオード3や負荷6を実装するための金属半田等による接続部、回路コンポーネントに付随するリード線、及び、隣接している配線に起因する。例えば、出力回路4内のバンドパスフィルタは、遮断周波数の帯域が非常に狭いため、上記接続部に起因したわずかな長さの変化が、高次高調波の制御特性の大幅な悪化を招く。高次高調波の制御特性が悪化すると、例えば、短絡させたい高次高調波が短絡とならず、熱損が生じるため、結果、効率が悪化する。
このような問題は、GHz帯等の高周波帯を用いる無線電力伝送システムにおいて一層顕著になる。高周波帯においては、金属半田サイズやリード線の長さが入力されたRF電力の波長に対して無視できないサイズとなるためである。例えば、マイクロ波を利用する無線電力伝送システムにおいて一般的に使用される5.8GHz帯においては、その波長は、真空中では約5cm程度である。一方、金属半田サイズは5mm程度、リード線の長さは数cm程度であるので、金属半田及びリード線は、波長に対してそれぞれ、λ/10程度、λ/2程度のサイズを持つこととなる。よって、金属半田サイズやリード線の長さは、λ/4線路を用いたバンドパスフィルタの周波数特性に大きな影響を与える。この問題は、金属半田等により形成される接続部のサイズに、一定のばらつきが出ることから、解決することが難しい。
一方、前述の磁界共鳴方式など、MHz帯以下の低周波帯を使用する無線電力伝送システムにおいては、高次高調波制御回路のサイズが増加することにより、システムサイズが増加するという問題が生じる。
この問題は、上述のような、λ/4スタブ線路を用いたバンドパスフィルタにおいてより顕著になる。例えば、磁界エネルギの共鳴現象を利用する無線電力伝送システムにおいて一般的に使用される13MHz帯においては、その波長は、真空中で20m程度である。そのため、λ/4スタブ線路の長さは5m程度と大きくなる。
また、この問題は、大電力用途向けの整流器の場合にもより顕著になる。整流器が整流できるRF電力の上限は、ダイオードの耐圧によって決まる。そのため、大電力化のために、整流器を並列接続し、分配及び合成する手法が採られる。一般的には分配及び合成回路にはλ/4線路が用いられる。よって、例えば、13MHz帯において、整流器の並列構成を2つ設けた場合、それとλ/4スタブ線路を用いたバンドパスフィルタとを合わせて、10m程度の長さの伝送線路が必要となる。
このサイズは、三次元的な配線や、誘電体基板上に形成された配線を整流器に適用すれば、小型化することは原理的には可能かもしれない。しかしながら、このような配線の設計は複雑であり、これらを用いない場合と比較して、その設計コストが増大するという問題がある。また、仮にこのような配線を用いた場合においても、配線間に、寄生成分や短絡を生じさせないための配線マージンが必要となるため、そのシステムサイズは、数m程度になる。
本発明は、上述の事項に鑑みてなされたものであり、小型かつ高効率の整流器を提供する。
本発明の態様では、上述した課題を解決するために以下の構成を採用する。即ち、本態様は、RF入力ポートにRF電力が入力され、DC出力ポートから整流されたDC電力が取り出される整流器に関する。本態様に係る整流器は、入力されたRF電力を整流するダイオードと、上記DC電力のRF入力ポートへの漏洩を防ぐ入力回路と、入力されたRF電力の周波数f0の偶数倍の周波数(2×n×f0(nは正の整数))の一部又は全部に対して短絡状態となり、かつ、他の周波数に対しては開放状態となる周波数特性を有する高調波制御回路と、RF電力の通過を阻止するローパスフィルタとしての周波数特性を有し、当該ローパスフィルタを通過したDC電力をDC出力ポートへ送る出力回路と、を少なくとも備え、上記ダイオードのアノード端が接地され、上記ダイオードのカソード端に、上記出力回路と上記高調波制御回路とが並列に接続され、上記RF入力ポートと上記ダイオードのカソード端との間に上記入力回路と上記高調波制御回路とが接続される。
上記態様によれば、小型かつ高効率の整流器を提供することができる。
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に挙げる実施形態は例示であり、本発明は以下の実施形態の構成に限定されない。
図1は、本発明の実施形態としての整流器の構成の概要を示す図である。本実施形態における整流器10は、図1に示されるように、RF入力ポート1、入力回路2、ダイオード3、出力回路4、DC出力ポート5、高調波制御回路7等から構成される。整流器10は、DC出力ポート5を介して負荷6に接続される。
ダイオード3のアノード端は接地されている。ダイオード3のカソード端には、出力回路4及び高調波制御回路7が並列に接続されている。高調波制御回路7のダイオード接続端の他端に入力回路2が接続されている。入力回路2の高調波制御回路7の接続端の他端にRF入力ポート1が接続されている。出力回路4のダイオード接続端の他端にDC出力ポート5が接続されている。
整流器10は、次のように動作する。なお、以下の説明では、入力されたRF電力の周波数をf0で示す。
入力回路2は、ダイオード3で変換されたDC電力をRF入力ポート1へ漏れないようブロックする。また、入力回路2は、RF入力ポート1のインピーダンスとダイオード3とのインピーダンスをマッチングさせる機能を有していてもよい。
ダイオード3では、入力されたRF電力が一方向に整流される。このとき、入力されたRF電力の周波数をf0とすると、高次の高調波(2f0、3f0、4f0、・・・)が生じる。
高調波制御回路7は、周波数f0の偶数倍となる周波数(2×n×f0(nは正の整数);2f0、4f0、6f0、・・・)の一部、又は、全部を短絡させ、その他の周波数を開放する。
出力回路4は、ダイオード3で変換されたDC電力以外の基本波f0及び高次高調波(2f0、3f0、4f0、・・・)を反射し、当該DC電力のみをDC出力ポート5に伝達する。即ち、出力回路4は、DC電力以外の基本波f0、及び、高次高調波(2f0、3f0、4f0、・・・)を反射するローパスフィルタ機能を有する。
これにより、DC出力ポート5から当該DC電力が取り出される。
次に、本実施形態における整流器10の作用及び効果について説明する。
上述のように、本実施形態では、図1のように配置された高調波制御回路7により、ダイオード3により変換されたRF電力に含まれる偶数次高調波の一部又は全部が短絡されるため、以下に述べるように、熱損を低減することができる。
図2A及び図2Bは、負荷抵抗に接続されたダイオード端から出力される電流特性及び電圧特性の時間変化を示す図である。図3は、図2A及び図2Bを得るための対象回路を示す図である。ここで、RFinで示される周波数f0のRF電力の周期をtで示す。
図2Aに示される電流特性をフーリエ変換すると、以下の(式1)が得られる。ここでは、ダイオード3から出力される電流特性の最大値がI0で示される。(式1)から、電流I(t)は、基本波f0、及び、f0の偶数倍となる周波数(2f0、4f0、6f0、・・・)で構成されていることが分かる。
(式1)
図2Bに示される電圧特性については、以下の(式2)が得られる。電圧は、矩形波及び半波の正弦波で構成される。ここでは、電圧特性の最大値がV0で示される。(式2)から、電圧V(t)は、基本波f0及びf0の高次高調波(2f0、3f0、4f0、・・・)で構成されていることが分かる。なお、(式2)におけるc1、c2、・・・は、定数である。
(式2)
ここで、三角関数の直交性から、電流・電圧特性を構成する異なる周波数を持つ高調波は積を生じない。そのため、上記(式1)に示される周波数特性を有する電流と、上記(式3)に示される周波数特性を有する電圧とは積を生じない(積がゼロである)。すなわち、上記(式1)及び上記(式3)のような周波数特性を有する高調波成分では熱損は生じない。
更に、上記(式1)から、電流を構成する高次高調波成分のうち、二次高調波が支配的なことが分かる。例えば、二次高調波と四次高調波とを比較すると、上記(式1)から、二次高調波の係数が2/3であるのに対し、四次高調波の係数が2/15であるため、二次高調波の成分が四次高調波の成分の5倍程度大きいことが分かる。この点からも、ダイオード3において生じる高次高調波のうちの一部として、二次高調波のみを高調波制御回路7により短絡させることにより、大部分の熱損が低減され得ることが分かる。このように、高調波制御回路7により短絡させる周波数は、基本周波数f0の偶数倍の周波数2×n×f0(nは正の整数)の全部であることが最も好ましいが、二次高調波2f0のみであってもよいし、二次高調波2f0を含む偶数倍の周波数の一部であってもよいし、二次高調波2f0を含まない偶数倍の周波数の一部であってもよい。
高調波制御回路7は、例えば、共振特性を有する回路を用いて実現することができる。図4は、直列共振回路のフィルタ特性を示した図である。図4で示されるように、直列共振回路を用いれば、特定の周波数、例えば2f0のみを短絡することができる。f0及び3f0に影響を与えない範囲で、2f0を短絡すればよいので、遮断周波数の帯域を狭くする必要は無い。この直列共振回路は、例えば、インダクタンスとキャパシタンスとを直列に接続すれば実現できる。即ち、このような直列共振回路は、集中定数素子で実現可能である。そのため、本実施形態によれば、高調波制御回路7を小型化することができる。
また、本実施形態では、出力回路4が、DC電力以外の基本波f0及び高次高調波(2f0、3f0、4f0、・・・)を反射するローパスフィルタ機能を有する。これにより、金属半田等による接続部のサイズにばらつきが生じたとしても、整流器10の効率が悪化することはない。ローパスフィルタにおいても、寄生成分でカットオフ周波数がずれれば、効率の悪化を起こす可能性がある。しかしながら、上述の従来技術の出力回路に設けられたバンドパスフィルタに比べれば、本実施形態は、単にカットオフ周波数を低めに設計しておけばよいため、寄生成分に対するトレランスは断然高くなる。
また、ローパスフィルタは、一般的に高周波を反射する直列のインダクタンスと、高周波を短絡する並列のキャパシタンスとの組み合わせで実現することができる。即ち、ローパスフィルタ特性を有する出力回路4は集中定数素子で実現可能である。このため、本実施形態によれば、出力回路4を小型化することができる。
更に、本実施形態は、大電力用途のために、整流機能の並列構成を設けた場合にも、有効である。即ち、本実施形態によれば、大電力用途のために複数のダイオード3(整流機能)を並列接続する場合においても、整流効率の低下を抑制しつつ、システムの小型化を実現することができる。これは、高調波制御回路7をダイオード3毎に配置する必要がないからである。例えば、各ダイオード3から出力された高次高調波成分のうち、偶数次高調波の一部又は全てが、1つの高調波制御回路7により短絡されるように構成されればよい。
整流器10を並列構成とした場合において、周波数f0のRF電力入力時の、各ダイオード3から出力される電流特性の時間変化は、以下の(式4)で示される。なお、周波数f0のRF電力の周期はtで示される。また、各ダイオード3から出力される電流特性の最大値がI0、I1、I2、・・・で示される。
(式4)
上記(式4)から、並列構成を持たない場合(上記(式1))と同様に、電圧特性を構成するf0の偶数倍となる周波数(2f0、4f0、6f0、・・・)を短絡すれば、熱損が低減することが分かる。従って、上述したように、本実施形態によれば、各ダイオード3が一つの高調波制御回路7に対して並列に接続されているため、高調波制御回路7を複数用いなくても、熱損を低減させ、効率の低下を抑制することができる。
図5A及び図5Bは、本実施形態における整流器10の効率のシミュレーション結果を示す図である。シミュレーションでは、高調波制御回路7が集中定数素子を用いた一つの直列共振回路で実現され、出力回路4が集中定数素子を用いたローパスフィルタ回路で実現された場合を想定した。また、図5Aには、本実施形態における整流器10の効率として、ディスクリート素子を用いた共振回路を高調波制御回路7に適用し、かつ、ディスクリート素子を用いたローパスフィルタを出力回路4に適用した場合の整流効率(三角記号)と、高調波制御回路7を用いずディスクリート素子を用いたローパスフィルタを出力回路4に適用した場合の整流効率(丸記号)とが示される。図5Bには、本実施形態における整流器10の効率として、ディスクリート素子を用いた共振回路を高調波制御回路7に適用し、かつ、ディスクリート素子を用いたローパスフィルタを出力回路4に適用した場合の整流効率(丸記号)と、高調波制御回路7を用いずλ/4スタブ線路を用いたバンドパスフィルタを出力回路4に適用した場合の整流効率(四角記号)とが示される。シミュレーション周波数は13.56(MHz)である。
図5Aによれば、本実施形態における整流器10は、高調波制御回路7を用いることにより、高調波制御回路7を用いない場合と比較して効率が改善していることが分かる。また、図5Bによれば、本実施形態における整流器10は、従来技術のようにλ/4スタブ線路を用いた整流器と同等の効率が得られていることが分かる。但し、本実施形態によれば、λ/4スタブ線路を用いた整流器と比較して、システムサイズを大幅に小型化可能である。また、本実施形態によれば、大電力用途のために並列構成を採用したとしても、一つの高調波制御回路7を用いることにより、上述のような作用及び効果を得ることができる。
このように、本実施形態によれば、良好な整流効率を保ちつつ、整流器を小型化することができる。更に、本実施形態によれば、金属半田等の接続部のサイズにばらつきがあった場合においても、整流効率の悪化を招き難くすることができる。更に、本実施形態によれば、大電力化のために整流機能を並列接続した場合においても、良好な整流効率を保ちつつ、システムサイズを小さくすることができる。
以降、上述の実施形態の更なる具体例として、磁界共鳴方式の無線電力伝送システムに適用される整流器について説明する。
[第1実施例]
図6は、磁界共鳴方式の無線電力伝送システムに適用された、第1実施例における整流器10の構成例を示す図である。図6では、上述の実施形態における整流器10の各回路コンポーネントと同じものには図1と同じ符号が付されている。
図6は、磁界共鳴方式の無線電力伝送システムに適用された、第1実施例における整流器10の構成例を示す図である。図6では、上述の実施形態における整流器10の各回路コンポーネントと同じものには図1と同じ符号が付されている。
図6に示される無線電力伝送システム20は、整流器10、負荷6、一次コイル8、二次コイル9等を有する。整流器10は、上述の実施形態で述べたように、RF入力ポート1、入力回路2、ダイオード3、出力回路4、DC出力ポート5、高調波制御回路7等から構成される。無線電力伝送システム20は、二次コイル9でRF電力を受信し、この受信されたRF電力を一次コイル8を介して整流器10に送る。整流器10は、上述の実施形態で述べた動作により、RF入力ポート1に入力されたRF電力を整流する。整流された電力は、DC出力ポート5から取り出され、負荷6に伝達される。
一次コイル8及び二次コイル9は無線で電力を受信する装置又は回路である。二次コイル9は磁界の共鳴現象を利用して電力を受信する。一次コイル8は、電磁誘導現象を利用して二次コイル9からRF入力ポート1に電力を伝達させる。
負荷6は、整流器10のDC出力ポート5から得られたDC電力を用いて動作する装置又は回路である。負荷6は、電気自動車や電気自転車などの移動体、飛行体、ロボット、パーソナルコンピュータや掃除機などの家電品、モバイル機器、電池、センサなどの一部、又はそれらの組み合わせであってもよい。上記センサは、監視機能、異物検知機能、異常検知機能、報知機能などを持つ種々のセンサであってもよいし、これらセンサと素子との組み合わせで実現されてもよい。
第1実施例の各回路コンポーネントは、例えば、以下のような具体的構成により実現される。なお、以下に示す具体的構成及び具体的値は例であり、本実施形態は以下のような内容に限定されない。
RF入力ポート1及びDC出力ポート5は、一般的な配線用コネクタである。RF入力ポート1に入力されるRF電力の周波数は例えば約10MHzである。
入力回路2は、回路に対して直列に接続されたディスクリート型のキャパシタを含む。各キャパシタは、例えば、10マイクロファラッド(μF)程度の容量を持つ。入力回路2は、このようなキャパシタにより、DC成分のRF入力ポート1への逆流を防止する。
ダイオード3には、例えば、最大順方向電流が10アンペア(A)のショットキーダイオードが採用される。
出力回路4は、回路に対して直列に接続されたディスクリート型のインダクタと、回路に並列に接続されたディスクリート型のキャパシタとを含む。そのインダクタは、10マイクロヘンリ(μH)程度のインダクタンスを持つ。そのキャパシタは、10(μF)程度の容量を持つ。
高調波制御回路7は、回路に対して並列に接続されたディスクリート型のインダクタとキャパシタとから形成される直列共振回路を含む。この直列共振回路の共振周波数は、入力されたRF信号の二次高調波を短絡させるために、例えば、20MHz近傍に設定される。そのインダクタは、10(μH)のインダクタンスを持ち、そのキャパシタは、3.4ピコファラッド(pF)の容量を持つ。
一次コイル8は、直径3(mm)の銅線で形成される半径250(mm)のループコイルである。二次コイル9は、直径3(mm)の銅線で形成される半径300(mm)、巻き数5.25のヘリカルコイルである。二次コイル9の共振周波数は10MHz近傍に設定される。
[第1実施例の変形例]
上述の各回路コンポーネントは、以下のような形態で実現されてもよい。
上述の各回路コンポーネントは、以下のような形態で実現されてもよい。
RF入力ポート1及びDC出力ポート5は、金属半田等による接続点、半導体プロセスを用いた金属配線、リード線の一部、又は、それらの組み合わせで実現されてもよい。
入力回路2は、ディスクリート型インダクタ、半導体プロセスを用いた金属配線、又は、それらの組み合わせで構成されてもよい。更に、入力回路2は、ダイオード3のインピーダンスとRF入力ポート1とのインピーダンスを整合する整合回路を含むようにしてもよい。例えば、ダイオード3のインピーダンスが10MHz近傍において10Ωであり、RF入力ポート1のインピーダンスが10MHz近傍において50Ωであった場合、入力回路2は、10MHz帯のインピーダンスを50Ωから10Ωに変換する。
ダイオード3は、シリコン、ガリウム、砒素、インジウム、リンなどの半導体材料、金、アルミニウム、プラチナなどの金属材料、又は、それらの組み合わせにより構成されてもよい。また、PN接続、量子トンネル効果、ツェナー効果、又は、それらの組み合わせによりダイオード動作が実現されてもよい。
出力回路4は、ディスクリート型のインダクタと、ディスクリート型のキャパシタと、半導体プロセスを用いた金属配線との組み合わせにより実現されてもよい。
高調波制御回路7は、複数の直列共振回路を並列に接続した回路であってもよい。例えば、高調波制御回路7は、入力されたRF電力の二次高調波だけでなく、四次高調波、六次高調波、・・・と更に高次の偶数次高調波を短絡させる直列共振回路の組み合わせで構成されていてもよい。このような形態であっても、集中定数素子を用いるため、λ/4スタブ線路を用いた従来技術と比較して、小型化することができる。
また、高調波制御回路7は、コイル、リード線、金属半田等による接続点、半導体プロセスを用いた金属配線の一部、又はそれらの組み合わせで実現されてもよい。高調波制御回路7は、特性のチューニング作業の負担を軽減させるために、着脱式に構成されてもよい。高調波制御回路7を着脱式にすれば、共振周波数の設計が容易になる。
また、高調波制御回路7は、入力回路2とRF入力ポート1との間に配置されていてもよい。このような形態においても、入力回路2が、例えば、DC成分をカットするための容量が大きなコンデンサで構成されている場合、RF電力を短絡させることになるため、高調波制御回路7による熱損低減の効果を得ることができる。
一次コイル8や二次コイル9の形状や材料は、必要な電力量や、送受電可能距離に応じて任意に選択できる。また、一次コイル8や二次コイル9は、電磁誘導現象や、電波などの、近接場、または、放射場、あるいはその両方を利用する無線電力伝送システムに使用される送受電部の一部であっても良い。
[第2実施例]
図7は、磁界共鳴方式の無線電力伝送システムに適用された、第2実施例における整流器10の構成例を示す図である。図7では、上述の実施形態における整流器10の各回路コンポーネントと同じものには図1と同じ符号が付されている。
図7は、磁界共鳴方式の無線電力伝送システムに適用された、第2実施例における整流器10の構成例を示す図である。図7では、上述の実施形態における整流器10の各回路コンポーネントと同じものには図1と同じ符号が付されている。
第2実施例における整流器10は、上述の第1実施例の構成に加えて、並列化されたダイオード3(#1)、3(#2)、・・・を更に有する。第2実施例では、ダイオード3の並列接続点の前段に、1つの高調波制御回路7が設けられている。第2実施例における各回路コンポーネントは、上述の第1実施例及びその変形例と同じ構成としてもよい。
このように、第2実施例によれば、整流機能を持つダイオードを並列接続したとしても、整流機能毎に高調波制御回路7をそれぞれ設ける必要がないため、回路規模を小さくすることができる。
高調波制御回路7は、比誘電率εの誘電体上に形成され、入力されたRF電力の、真空中での波長λ0に対して、0.9×λ0/(4×√ε)~1.1×λ0/(4×√ε)の長さを持つ伝送線路により構成されたバンドパスフィルタとして構成されるようにしてもよい。この形態においても、λ/4スタブ線路を用いた従来の整流器を並列化した場合と比較して、λ/4スタブ線路が一つで済むので、小型化の効果を得ることができる。
[製造方法]
以下、上述の各実施例における無線電力伝送システムの製造方法を説明する。
以下、上述の各実施例における無線電力伝送システムの製造方法を説明する。
ダイオード3を、金属半田、金属配線等を用いて、例えば市販の誘電体基板に接続する。
次に、市販のディスクリート素子を誘電体基板上にマウントすることにより、入力回路2、ダイオード3、出力回路4及び高調波制御回路7を作成し、各素子を金属半田、金属配線等を用いてそれぞれ接続する。
次に、市販のコネクタを誘電体基板に、金属半田、金属配線等を用いて取り付けることにより、RF入力ポート1及びDC出力ポート5を作成する。
次に、RF入力ポート1と一次コイル8とを市販のケーブルで接続する。
次に、二次コイル9及び一次コイル8を、例えば、セメント、接着剤などの手段を用いて固定した支持材に取り付け、保持する。
最後に、DC出力ポート5と負荷6とを市販のケーブルで接続する。
なお、上述の各実施形態、各実施例及び各変形例は、内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。
この出願は、2011年7月1日に出願された日本出願特願2011-147217号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
Claims (8)
- RF(Radio Frequency)入力ポートにRF電力が入力され、DC(Direct Current)出力ポートから整流されたDC電力が取り出される整流器において、
入力されたRF電力を整流するダイオードと、
前記DC電力の前記RF入力ポートへの漏洩を防ぐ入力回路と、
入力されたRF電力の周波数f0の偶数倍の周波数(2×n×f0(nは正の整数))の一部又は全部に対して短絡状態となり、かつ、他の周波数に対しては開放状態となる周波数特性を有する高調波制御回路と、
RF電力の通過を阻止するローパスフィルタとしての周波数特性を有し、該ローパスフィルタを通過したDC電力を前記DC出力ポートへ送る出力回路と、
を少なくとも備え、
前記ダイオードのアノード端が接地され、
前記ダイオードのカソード端に、前記出力回路と前記高調波制御回路とが並列に接続され、
前記RF入力ポートと前記ダイオードのカソード端との間に前記入力回路と前記高調波制御回路とが接続される、
整流器。 - 前記高調波制御回路と前記RF入力ポートとの間に、前記入力回路が直列に接続される請求項1に記載の整流器。
- 前記ダイオードと並列に接続される他のダイオードを更に備える請求項1又は2に記載の整流器。
- 前記高調波制御回路は集中定数素子で構成されている請求項1から3のいずれか1項に記載の整流器。
- 前記高調波制御回路は、比誘電率εの誘電体上に形成され、入力されたRF電力の、真空中での波長λ0に対して、0.9×λ0/(4×√ε)~1.1×λ0/(4×√ε)の長さを持つ伝送線路で構成されている、請求項1から4のいずれか1項に記載の整流器。
- 前記高調波制御回路は、周波数2f0のみを短絡し、他の周波数の特性には影響を与えない、請求項1から4のいずれか1項に記載の整流器。
- 前記高調波制御回路を構成する素子又は伝送線路が着脱可能に構成される請求項1から6のいずれか1項に記載の整流器。
- 前記DC出力ポートから得られるDC電力を提供して負荷装置を稼働させる無線電力伝送システムにおいて、
請求項1から7のいずれか1項に記載の整流器と、
磁界の共鳴現象を利用して電力を受信する二次コイルと、
電磁誘導現象を利用して前記二次コイルから前記RF入力ポートに電力を送る一次コイルと、
を含む無線電力伝送システム。
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