(57)【要約】【課題】動作条件にかかわらず高電力変換効率を維持できるレクテナ装置を提供すること。【解決手段】高周波入力電力を直流電力に変換する整流素子を備えたレクテナ素子と、該直流電力の電圧を変換出力する電圧制御器であり、レクテナ素子からの入力電流及び電圧をモニタするモニタ部と、それに応じて、電圧制御器の入力側を所定入力電圧の状態に制御する入力電圧制御部又は入力電流制御部と、直流電流が流れるインダクタと、該直流電流をオン／オフするスイッチング素子と、スイッチング素子のオフ時に誘導電流が流れるダイオードと、レクテナ装置の動作状態をモニタするモニタ部と、該動作状態に応じて当該電圧制御器を所定出力電圧にする出力電圧制御部と、を持つ電圧制御器と、を備え、入力電圧制御部又は入力電流制御部及び出力電圧制御部は入力電圧及び出力電圧をレクテナ装置の電力変換効率が極大値、最大値の近傍、または最大値になるよう制御する。【選択図】図１
2015089239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された高周波電力を直流電力に変換する整流素子を備えたレクテナ素子と、
前記レクテナ素子から入力された直流電力の電圧を変換して出力する電圧制御器であって、
前記レクテナ素子から入力された入力電流及び電圧をモニタする第１モニタ部と、
前記入力電流及び電圧に応じて、当該電圧制御器の入力側を所定の入力電圧の状態に制御する入力電圧制御部または入力電流制御部と、
直流電流が流れるインダクタと、
前記インダクタに流れる直流電流をオン／オフするスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のオフ時に誘導電流が流れるダイオードと、
当該レクテナ装置の動作状態をモニタする第２モニタ部と、
前記第２モニタ部がモニタした前記動作状態に応じて、当該電圧制御器が出力する電力の電圧を、所定の出力電圧にする出力電圧制御部と、
を有する電圧制御器と、
を備え、
前記入力電圧制御部または前記入力電流制御部および前記出力電圧制御部は、前記入力電圧および前記出力電圧を、当該レクテナ装置の電力変換効率が極大値または最大値の近傍または最大値になるように制御することを特徴とするレクテナ装置。
【請求項２】
前記第２モニタ部は、前記レクテナ素子から入力された直流電力をモニタすることを特徴とする請求項１に記載のレクテナ装置。
【請求項３】
前記電圧制御器に接続された負荷をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のレクテナ装置。
【請求項４】
前記第２モニタ部は、前記負荷の抵抗をモニタすることを特徴とする請求項３に記載のレクテナ装置。
【請求項５】
前記入力電圧制御電圧は、前記整流素子の逆耐圧電圧以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のレクテナ装置。
【請求項６】
前記入力電圧は、前記レクテナ素子から入力された入力電力の範囲ごとに定められた値であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに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、レクテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レクテナ（ｒｅｃｔｅｎｎａ：ｒｅｃｔｉｆｙｉｎｇ  ａｎｔｅｎｎａ）素子は、マイクロ波などの高周波を受電してこれを直流電力に変換する素子である（たとえば特許文献１参照）。レクテナ素子を備えたレクテナ装置は、電力回生技術、無線給電技術への応用が期待されている。無線給電技術としては、たとえば、宇宙空間に設けた巨大な太陽光発電所からマイクロ波帯（３ＧＨｚ〜３０ＧＨｚ）の電波を使って地上に電力を送るという宇宙太陽発電所（スペース・ソーラー・パワー・サテライト：ＳＰＳ）構想等への応用が期待されている。
【０００３】
レクテナ装置において、レクテナ素子と、レクテナ素子が生成した直流電力を使用する負荷（例えば蓄電池等）との間には、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の電圧制御器が接続されている。この電圧制御器は、レクテナ素子が生成した直流電力を、負荷に適する電圧の電力に変換する機能を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−０２３８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、一般にレクテナ装置は、その動作条件によって、高周波から直流への電力変換効率が変化するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、動作条件にかかわらず高い電力変換効率を維持することができるレクテナ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るレクテナ装置は、入力された高周波電力を直流電力に変換する整流素子を備えたレクテナ素子と、前記レクテナ素子から入力された直流電力の電圧を変換して出力する電圧制御器であって、前記レクテナ素子から入力された入力電流及び電圧をモニタする第１モニタ部と、前記入力電流及び電圧に応じて、当該電圧制御器の入力側を所定の入力電圧の状態に制御する入力電圧制御部または入力電流制御部と、直流電流が流れるインダクタと、前記インダクタに流れる直流電流をオン／オフするスイッチング素子と、前記スイッチング素子のオフ時に誘導電流が流れるダイオードと、当該レクテナ装置の動作状態をモニタする第２モニタ部と、前記第２モニタ部がモニタした前記動作状態に応じて、当該電圧制御器が出力する電力の電圧を、所定の出力電圧にする出力電圧制御部と、を有する電圧制御器と、を備え、前記入力電圧制御部または前記入力電流制御部および前記出力電圧制御部は、前記入力電圧および前記出力電圧を、当該レクテナ装置の電力変換効率が極大値または最大値の近傍または最大値になるように制御することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係るレクテナ装置は、上記発明において、前記第２モニタ部は、前記レクテナ素子から入力された直流電力をモニタすることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係るレクテナ装置は、上記発明において、前記電圧制御器に接続された負荷をさらに備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るレクテナ装置は、上記発明において、前記第２モニタ部は、前記負荷の抵抗をモニタすることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るレクテナ装置は、上記発明において、前記入力電圧制御電圧は、前記整流素子の逆耐圧電圧以下であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るレクテナ装置は、上記発明において、前記入力電圧は、前記レクテナ素子から入力された入力電力の範囲ごとに定められた値であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、動作条件にかかわらず高い電力変換効率を維持することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施の形態に係るレクテナ装置のブロック図である。
【図２】図２は、レクテナ素子における電力変換効率の一例を示す図である。
【図３】図３は、レクテナ素子における電力変換効率の一例を示す図である。
【図４】図４は、レクテナ素子における電力変換効率の一例を示す図である。
【図５】図５は、図１に示す電圧制御器の一例を示す回路図である。
【図６】図６は、実施の形態に係るレクテナ装置におけるＤＣ−ＤＣコンバータの入力電力に対する入力電圧の制御方法の一例を示す図である。
【図７】図７は、レクテナ素子における電力変換効率の一例を示す図である。
【図８】図８は、図１に示す電圧制御器の別の一例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、図面を参照して本発明に係るレクテナ装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。
【００１６】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係るレクテナ装置のブロック図である。図１に示すように、レクテナ装置１００は、受電アンテナ１０と、入力フィルタ２０と、整流素子３０と、出力フィルタ４０と、たとえばＤＣ−ＤＣコンバータである電圧制御器５０と、負荷６０とが順次電気的に接続して構成されている。なお、本明細書において図１の位置Ｐ１における電力／電流／電圧を、受電アンテナ入力電力／電流／電圧とし、位置Ｐ２における電力／電流／電圧をレクテナ素子出力電力／電流／電圧、または、電圧制御器入力電力／電流／電圧とし、位置Ｐ３における電力／電流／電圧を出力電力／電流／電圧とする。説明の都合上、位置Ｐ２における電力／電流／電圧をレクテナ素子出力電力／電流／電圧と、電圧制御器入力電力／電流／電圧とを分けて記載しているが、両者は同一の値を表す。
【００１７】
受電アンテナ１０は、高周波であるマイクロ波を受電するものであり、たとえばダイポールアンテナやマイクロストリップアンテナで構成される。高周波の周波数としては、たとえば２．４〜２．５ＧＨｚや５．８ＧＨｚ帯であるが、周波数は特に限定されず、たとえば携帯電話等で利用される８００ＭＨｚ帯〜２ＧＨｚ帯や、３ＧＨｚ〜３０ＧＨｚでもよい。
【００１８】
整流素子３０は、たとえばダイオードであり、受電アンテナ１０から入力されたマイクロ波を整流し直流電力に変換するものである。
【００１９】
入力フィルタ２０は、整流素子３０がマイクロ波を整流したときに発生するマイクロ波の高調波成分をカットし、高調波成分が受電アンテナ１０側に出力されることを防止するものである。入力フィルタ２０は、受電アンテナ１０から入力されるマイクロ波の周波数を透過し、その高調波を遮断するバンドパスフィルタやローパスフィルタにより実現でき、たとえばＲＬＣ回路等によって構成することができる。
【００２０】
出力フィルタ４０は、整流素子３０からの直流電力を透過するとともに、マイクロ波の高調波成分をカットするものである。出力フィルタ４０は、受電アンテナ１０から入力されるマイクロ波の高調波を遮断するバンドパスフィルタやローパスフィルタにより実現でき、たとえばＲＬＣ回路等によって構成することができる。また、出力フィルタ４０は、整流素子３０で整流されなかったマイクロ波の残留成分も同時にカットする周波数特性としてもよい。
【００２１】
上記の受電アンテナ１０、入力フィルタ２０、整流素子３０、および出力フィルタ４０は、レクテナ素子７０を構成している。なお、レクテナ素子としては、各フィルタは必須ではなく、受電アンテナ１０および整流素子３０を備えていればレクテナ素子として機能する。
【００２２】
電圧制御器５０は、レクテナ素子７０の出力フィルタ４０から出力された直流電力の電圧を制御して、所定の電圧の直流電力として出力する機能を有する。電圧制御器５０の後段に接続された負荷６０（例えば蓄電池等）には、その負荷に適した電圧の電力が供給される。
【００２３】
上述したように、このレクテナ装置１００では、受電アンテナ１０がマイクロ波を受電し、整流素子３０がマイクロ波を直流電力に変換し、電圧制御器５０が直流電力の電圧を制御し、負荷６０に供給するとともに、入力フィルタ２０、出力フィルタ４０が、マイクロ波の高調波成分をカットするように動作する。
【００２４】
ここで、一般にレクテナ装置は、その動作条件によって、高周波から直流への電力変換効率が変化する。
【００２５】
図２、３、４は、レクテナ素子における電力変換効率の一例を示す図である。図２は、図１の構成においてレクテナ素子７０と負荷６０とを直接接続した実験系において、周波数が２．４５ＧＨｚのマイクロ波の受電アンテナ入力電力（受電する電力）を１５００ｍＷに固定して、負荷抵抗を変化させた場合の、負荷抵抗と変換効率との関係を示す図である。図２の場合は、負荷抵抗が白丸で示す約１００Ωの場合に、レクテナ素子７０から出力される直流電力(レクテナ素子出力電力)が１１６９．５ｍＷとなり、変換効率が７８．０％と極大値になった。
【００２６】
また、図３は、図２の場合において、横軸をレクテナ素子７０の出力電圧(レクテナ素子出力電圧)としたときの、当該出力電圧と変換効率との関係を示す図である。図３の場合は、当該出力電圧が白丸で示す約１０．８Ｖの場合に、レクテナ素子７０から出力される直流電力(レクテナ素子出力電力)が１１６９．５ｍＷとなり、変換効率が７８．０％と極大値になった。
【００２７】
また、図４は、図２と同じ実験系において、負荷抵抗を１００Ωに固定して、受電アンテナ入力電力を５００ｍＷから２５００ｍＷの間で変化させた場合の、当該入力電力と変換効率との関係を示す図である。図４の場合は、受電アンテナ入力電力が白丸で示す１５００ｍＷの場合に変換効率が７８．０％と極大値になった。
【００２８】
このように、レクテナ装置は、その動作条件（受電アンテナへの入力電力や負荷抵抗、レクテナ素子の出力電圧）によって、高周波から直流への電力変換効率が変化する。
【００２９】
これに対して、図１に示すレクテナ装置１００では、電圧制御器５０が、レクテナ素子７０の動作状態をモニタして、その動作状態に応じて、負荷６０への出力電圧Ｖｏを、レクテナ装置１００の電力変換効率が極大値の近傍になるように制御するので、レクテナ装置１００の電力変換効率が高い値に維持される。このとき、電圧制御器５０は、レクテナ素子７０と負荷６０との間でバッファとして機能する。
【００３０】
（電圧制御器の例）
図５は、図１に示す電圧制御器５０の一例としてのＤＣ−ＤＣコンバータ５０Ａを示す回路図である。ＤＣ−ＤＣコンバータ５０Ａは、インダクタＬ１と、ダイオードＤ１と、入力コンデンサＣ１と、出力コンデンサＣ２と、スイッチング素子としての電界効果トランジスタＱ１と、電圧モニタ用の分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２と、過電圧保護回路５１と、モニタ５２と、入力電圧制御部５３と、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ−Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御回路５４と、誤差増幅回路５５とを備え、降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータとして構成されている。分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２と誤差増幅回路５５とはレクテナ装置１００の動作状況をモニタする第２モニタ部を構成している。なお、過電圧保護回路５１は、整流素子３０に過度の電圧が掛からないようにして整流素子３０を保護するためのものであり、たとえばツェナーダイオードを用いて構成される。
【００３１】
インダクタＬ１は、電界効果トランジスタＱ１のスイッチオン時には、レクテナ素子７０から入力された直流電流が流れることによってエネルギーが蓄積される。そして、電界効果トランジスタＱ１のスイッチオフ時には、蓄積されたエネルギーを放出して、ダイオードＤ１を通して誘導電流が流れる。
入力コンデンサＣ１、出力コンデンサＣ２はそれぞれ電圧を平滑化させるものである。
【００３２】
モニタ５２は、レクテナ素子７０から入力された電圧制御器入力電流及び電圧Ｖｉｎをモニタする第１モニタ部として機能する。そして、入力電圧制御部５３は、モニタ５２がモニタした入力電流及び電圧Ｖｉｎに応じて、電圧制御器５０の入力側の電圧を所定の電圧制御器入力電圧Ｖｉｎの状態にするため、抵抗Ｒ３を通して入力電圧制御電圧をオペアンプＩＣ１に入力する。なお、入力電圧制御電圧は、整流素子３０の逆耐圧電圧以下であることが好ましい。これは、レクテナ装置１００の動作時には、整流素子３０に逆電圧がかかるため、入力電圧制御電圧として整流素子３０の逆耐圧電圧より大きい逆電圧を印可するとレクテナ装置１００の故障の原因となるためである。
【００３３】
誤差増幅回路５５は、オペアンプＩＣ１と、抵抗Ｒ３と、帰還コンデンサＣ３とを備えている。
【００３４】
このＤＣ−ＤＣコンバータ５０Ａでは、レクテナ素子７０の出力フィルタ４０側から直流電力（入力電圧Ｖｉｎ）が入力されると、分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２によって電圧制御器入力電圧Ｖｉｎが分圧された電圧が、誤差増幅回路５５のオペアンプＩＣ１のマイナス端子に入力される。オペアンプＩＣ１は、入力電圧制御部５３から出力された入力電圧制御電圧が抵抗Ｒ３を介してプラス端子に入力された電圧と比較して、その差に応じた制御信号をＰＷＭ制御回路５４に出力する。ＰＷＭ制御回路５４は、入力された制御信号に応じてＰＷＭ制御により電界効果トランジスタＱ１のスイッチングを行い、電圧制御器入力電圧Ｖｉｎから降圧された出力電圧Ｖｏを有する直流電力を出力する。
【００３５】
ここで、本実施の形態のレクテナ装置１００において、電圧制御器５０であるＤＣ−ＤＣコンバータ５０Ａの入力電圧（電圧制御器入力電圧Ｖｉｎ）は、電圧制御器入力電力の範囲ごとに定められた値とされている。すなわち、レクテナ素子７０からＤＣ−ＤＣコンバータ５０Ａへ入力される電圧制御器入力電力によって、電圧制御器入力電圧Ｖｉｎの値が異なる。
【００３６】
図６は、実施の形態に係るレクテナ装置におけるＤＣ−ＤＣコンバータの入力電力に対する入力電圧の制御方法の一例を示す図である。図６の破線は、レクテナ素子７０からＤＣ−ＤＣコンバータ５０Ａに入力される電圧制御器入力電力が、１０Ｗ、３９．４Ｗ、６９．４Ｗ、１００Ｗの場合の、レクテナ装置１００の電力変換効率が最大となるときの電圧と電流との関係を示している。なお、後述する出力電圧Ｖｏは固定した値に設定している。このように、電圧制御器入力電力が大きくなるほど、電圧および電流は大きくなり、図６の破線が図の右上に向かうこととなる。この電圧制御器入力電力に対し、入力電圧制御部５３が入力電圧制御電圧を印加し、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０Ａの入力側を所定の電圧制御器入力電圧Ｖｉｎの状態にする。
【００３７】
ここで、本実施の形態に係るレクテナ装置１００において、たとえば、図６のように、電圧制御器入力電力が１０Ｗ〜３９．４Ｗの場合は入力電圧が１２Ｖとなるように入力電圧制御電圧を印加し、電圧制御器入力電力が３９．４Ｗ〜６９．４Ｗの場合は入力電圧が１８Ｖとなるように入力電圧制御電圧を印加し、電圧制御器入力電力が６９．４Ｗ〜１００Ｗの場合は入力電圧が２４Ｖとなるように入力電圧制御電圧を印加する。これにより、電圧制御器入力電圧Ｖｉｎは、レクテナ装置１００の電力変換効率が極大値または最大値の近傍または最大値になるように制御されている。したがって、本実施の形態に係るレクテナ装置１００は、動作条件にかかわらず高い電力変換効率を維持することができる。
【００３８】
つぎに、図７は、レクテナ素子における電力変換効率の一例を示す図である。まず、図７は図２と同様に、受電アンテナ入力電力ごとに、電力変換効率がレクテナ素子出力電圧によって異なる。さらに、当該入力電力ごとに図の曲線の極大点である電力変換効率が最大となるレクテナ素子出力電圧が異なる。このように、受電アンテナ入力電力が異なると電力変換効率が最大となるレクテナ素子出力電圧が異なる。このため、動作状態としてレクテナ素子出力電圧、すなわち、電圧制御器入力電圧をモニタし、当該電圧の値に応じて、出力電圧Ｖｏを最適な値とすることで、レクテナ装置１００の電力変換効率が極大値または最大値の近傍または最大値になるように制御することができる。
【００３９】
誤差増幅回路５５およびＰＷＭ制御回路５４は、レクテナ素子７０からの入力電力（電圧制御器入力電力）を、電圧制御器入力電圧Ｖｉｎをもとにモニタする。そして、モニタした当該入力電圧Ｖｉｎに応じて、負荷６０への出力電圧Ｖｏを、レクテナ装置１００の電力変換効率が極大値の近傍になるような出力電圧Ｖｏが得られるように、ＰＷＭ信号のデューティーを調整して電界効果トランジスタＱ１のスイッチングを制御する。なお、本実施の形態に係るレクテナ装置１００のＤＣ−ＤＣコンバータ５０Ａにおいて、出力電圧Ｖｏは、ＰＷＭ信号のデューティーの調整によって任意の値とすることができる。その結果、レクテナ装置１００の電力変換効率を高い値に維持することができる。
【００４０】
以上から、本実施の形態に係るレクテナ装置１００においては、まず、入力電圧制御部５３が、ＤＣ-ＤＣコンバータへの入力電圧を入力電力の範囲ごとに定められた値の電圧制御器入力電圧Ｖｉｎとし、さらに、ＰＷＭ制御回路５４で任意に出力電圧Ｖｏを定めることができる。このとき、電圧制御器入力電圧Ｖｉｎおよび出力電圧Ｖｏは、レクテナ装置１００の電力変換効率が極大値または最大値の近傍または最大値になるように制御されている。したがって、本実施の形態に係るレクテナ装置１００は、動作条件にかかわらず高い電力変換効率を維持することができる。
【００４１】
ここで、電力変換効率が極大値の近傍とは、極大値の５％以内の値であることが好ましく、３％以内であることがさらに好ましい。たとえば、極大値が７８．０％であれば、７４．１％〜７８．０％であることが好ましく、７５．７％〜７８．０％であることがさらに好ましい。出力電圧Ｖｏの制御は、公知の誤差増幅回路５５およびＰＷＭ制御回路５４を用いれば、たとえば０．１Ｖ程度の分解能で制御することは容易である。図３に示すような特性の場合、出力電圧Ｖｏを０．１Ｖ程度の分解能で制御すれば、電力変換効率を極大値の１％程度以内の値に制御することは容易であり、３％以内や５％以内の値に制御することはさらに容易である。
【００４２】
なお、電圧制御器入力電圧Ｖｉｎおよび出力電圧Ｖｏの値については、レクテナ素子７０の特性（たとえば図２、３、４、７に示すような特性）を予め測定しておき、その特性を入力電圧制御部５３およびＰＷＭ制御回路５４にテーブルまたは関数として記憶させておけばよい。
【００４３】
また、設定する電圧制御器入力電圧Ｖｉｎおよび出力電圧Ｖｏとしては、入力電力に応じて連続的に変化させても良い。または、複数の電圧制御器入力電圧Ｖｉｎおよび出力電圧Ｖｏの設定値の中から、当該入力電圧Ｖｉｎに応じて最適な設定値をたとえば３〜５種類の中から選択し、切り換えるようにしても良い。最適な設定値を選択する構成とすれば、入力電圧制御部５３およびＰＷＭ制御回路５４の構成がより簡易になるので好ましい。さらには、レクテナ素子７０からの入力電力が所定の範囲で変動することが想定されていれば、その入力電力の変動の範囲内での電力変換効率の最大値またはその近傍に対応する当該入力電圧Ｖｉｎおよび出力電圧Ｖｏに設定し、切換等を行わなくても良い。この場合、入力電圧制御部５３およびＰＷＭ制御回路５４の構成がさらに簡易になる。
【００４４】
また、設定する出力電圧Ｖｏは、整流素子３０の耐圧よりも低い電圧とされるので、整流素子３０に出力電圧Ｖｏよりも高い電圧が掛かることが抑制される。したがって、過電圧保護回路５１とあわせて、整流素子３０はより確実に高電圧から保護されることとなる。
【００４５】
ところで、無線給電等に用いられるレクテナ素子には、高周波が常に入力されているとは限らず、高周波が入力されていない状態から急に入力される場合がある。ところが、一般に、レクテナ素子は、高周波の入力に対する応答速度が、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の電力制御器の入力に対する応答速度よりも速い。その結果、入力されていない状態から、レクテナ素子に急に高周波が入力された場合に、電圧制御器のインピーダンスのゼロからの立ち上がりが遅れた場合、負荷に高い電圧が入力され、負荷に負担がかかる場合がある。
【００４６】
そこで、このＤＣ−ＤＣコンバータ５０Ａでは、レクテナ装置１００の動作時には、入力電圧制御部５３から入力電圧制御電圧を保護用のダイオードＤ２を通して印加させて、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０Ａを常時動作させてインピーダンスを発生させている。すなわち、入力電力がゼロであっても入力電圧制御電圧を印可する。これによって、レクテナ素子７０に急に高周波が入力されても、負荷６０に高い電圧が入力されることが防止される。
【００４７】
入力電力がゼロである場合の入力電圧制御電圧の値は、整流素子３０の逆耐圧電圧以下であれば特に限定されないが、急に高周波が入力された場合に、その入力に対して安定した動作状態になった場合にＤＣ−ＤＣコンバータ５０Ａが設定する出力電圧Ｖｏと略同じ値、または、その値に近い方が好ましい。そのため、入力電圧制御電圧は、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０Ａの平均の出力電圧Ｖｏであってよい。または、電圧制御器入力電力Ｖｉｎがゼロとなる直前の出力電圧Ｖｏであってよい。これによって、レクテナ装置１００は、レクテナ素子７０に急に高周波が入力された場合でも、直ちに電力変換効率が高い状態での動作を行うことができる。
【００４８】
（ＤＣ−ＤＣコンバータの別の例）
図８は、図１に示す電圧制御器５０の別の一例としてのＤＣ−ＤＣコンバータ５０Ｂを示す回路図である。ＤＣ−ＤＣコンバータ５０Ｂは、図５に示すＤＣ−ＤＣコンバータ５０Ａの構成から、分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２を削除し、モニタ抵抗Ｒ４と、オペアンプＩＣ２とを付加したものであり、その他の構成はＤＣ−ＤＣコンバータ５０Ａと同じである。モニタ抵抗Ｒ４とオペアンプＩＣ２と誤差増幅回路５５とはレクテナ装置１００の動作状況をモニタする第２モニタ部を構成している。
【００４９】
このＤＣ−ＤＣコンバータ５０Ｂは、モニタ抵抗Ｒ４の両端の電位差から、レクテナ素子７０からの電圧制御器入力電流Ｉｉｎをモニタする構成である。電位差の値は、オペアンプＩＣ２によって誤差増幅回路５５のオペアンプＩＣ１のマイナス端子に入力される。その後は、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０Ａの場合と同様に、オペアンプＩＣ１は、モニタ抵抗Ｒ４の両端の電位差の値と、入力電流制御部５６から出力された制御電流が抵抗Ｒ３を介してプラス端子に入力された電流とを比較して、その差に応じた制御信号をＰＷＭ制御回路５４に出力する。ＰＷＭ制御回路５４は、入力された制御信号に応じてＰＷＭ制御により電界効果トランジスタＱ１のスイッチングを行い、電圧制御器入力電圧Ｖｉｎから降圧された出力電圧Ｖｏを有する直流電力を出力する。
【００５０】
誤差増幅回路５５およびＰＷＭ制御回路５４は、レクテナ素子７０からの電圧制御器入力電力を、モニタ抵抗Ｒ４に流れる入力電流Ｉｉｎをもとにモニタする。そして、モニタした入力電流Ｉｉｎに応じて、負荷６０への出力電圧Ｖｏを、レクテナ装置１００の電力変換効率が極大値の近傍になるような出力電圧Ｖｏが得られるように、ＰＷＭ信号のデューティーを調整して電界効果トランジスタＱ１のスイッチングを制御するので、レクテナ装置１００の電力変換効率が高い値に維持される。
【００５１】
なお、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０Ｂの入力電流制御部５６における電圧制御器入力電圧Ｖｉｎの制御は、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０Ａと同一であってよく、これによって、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０Ｂを備えたレクテナ装置１００の電圧制御器入力電圧Ｖｉｎおよび出力電圧Ｖｏは、レクテナ装置１００の電力変換効率が極大値または最大値の近傍または最大値になるように制御されている。したがって、本実施の形態に係るレクテナ装置１００は、動作条件にかかわらず高い電力変換効率を維持することができる。
【００５２】
なお、図５、８に示すＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、第１モニタ部であるモニタ５２と、分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２と誤差増幅回路５５とが構成する第２モニタ部、または、モニタ抵抗Ｒ４とオペアンプＩＣ２と誤差増幅回路５５とが構成する第２モニタ部は、それぞれ別体として構成されていてもよいが、１つのモニタ部が双方の機能を兼ね備える構成であってもよい。
【００５３】
また、図５、８に示すＤＣ−ＤＣコンバータは、降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータとして構成されているが、他の公知の構成の降圧型、または昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータを用いても良い。また、電界効果トランジスタＱ１に換えてバイポーラ型のトランジスタ等の他のスイッチング素子を用いてもよい。
【００５４】
また、図５、８に示すＤＣ−ＤＣコンバータでは、レクテナ素子７０からの入力電力（電圧制御器入力電力）に応じた電圧制御器入力電圧ＶｉｎをもとにＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧Ｖｏを設定しているが、負荷６０の負荷抵抗が変動する場合は、負荷６０の負荷抵抗をモニタし、これをもとにＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧Ｖｏを設定してもよい。
【００５５】
また、上記実施の形態に係るレクテナ装置は、負荷を含むものとして構成されているが、本発明はこれにかぎられず、負荷を含まず、外部の負荷に接続して用いる構成のレクテナ装置でもよい。
また、本発明のレクテナ素子は、レクテナ素子が複数個接続されたレクテナアレイでもよい。また、本発明のレクテナ素子は、アンテナを備えなくてもよく、入力された高周波電力を直流電力に変換する整流素子を備えるものであればよい。
【００５６】
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１０  受電アンテナ
２０  入力フィルタ
３０  整流素子
４０  出力フィルタ
５０  電圧制御器
５０Ａ、５０Ｂ  ＤＣ−ＤＣコンバータ
５１  過電圧保護回路
５２  モニタ
５３  入力電圧制御部
５４  ＰＷＭ制御回路
５５  誤差増幅回路
５６  入力電流制御部
６０  負荷
７０  レクテナ素子
１００  レクテナ装置
Ｃ１  入力コンデンサ
Ｃ２  出力コンデンサ
Ｃ３  帰還コンデンサ
Ｄ１、Ｄ２  ダイオード
ＩＣ１、ＩＣ２  オペアンプ
Ｌ１  インダクタ
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３  位置
Ｒ１、Ｒ２  分圧抵抗
Ｒ３  抵抗
Ｒ４  モニタ抵抗
【図１】
2015089239.tif 000003
【図２】
2015089239.tif 000004
【図３】
2015089239.tif 000005
【図４】
2015089239.tif 000006
【図５】
2015089239.tif 000007
【図６】
2015089239.tif 000008
【図７】
2015089239.tif 000009
【図８】
2015089239.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成26年12月26日(2014.12.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された高周波電力を直流電力に変換する整流素子を備えたレクテナ素子と、
前記レクテナ素子から入力された直流電力の電圧を変換して出力する電圧制御器と、
を備え、
前記電圧制御器は、
前記レクテナ素子から入力された入力電流及び電圧をモニタする第１モニタ部と、
前記入力電流及び電圧に応じて、当該電圧制御器の入力側を所定の入力電圧の状態に制御する入力電圧制御部または入力電流制御部と、
直流電流が流れるインダクタと、
前記インダクタに流れる直流電流をオン／オフするスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のオフ時に誘導電流が流れるダイオードと、
当該レクテナ装置の動作状態をモニタする第２モニタ部と、
前記第２モニタ部がモニタした前記動作状態に応じて、当該電圧制御器が出力する電力の電圧を、所定の出力電圧にする出力電圧制御部と、
を有し、
前記入力電圧制御部と前記入力電流制御部とのうちの一方および前記出力電圧制御部は、前記入力電圧および前記出力電圧を、当該レクテナ装置の電力変換効率が極大値、極大値の近傍、最大値、または最大値の近傍になるように制御することを特徴とするレクテナ装置。
【請求項２】
前記第２モニタ部は、前記レクテナ素子から入力された直流電力をモニタすることを特徴とする請求項１に記載のレクテナ装置。
【請求項３】
前記電圧制御器に接続された負荷をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のレクテナ装置。
【請求項４】
前記第２モニタ部は、前記負荷の抵抗をモニタすることを特徴とする請求項３に記載のレクテナ装置。
【請求項５】
前記入力電圧制御部または前記入力電流制御部が当該電圧制御器の入力側を所定の前記入力電圧の状態に制御するための入力電圧制御電圧は、前記整流素子の逆耐圧電圧以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のレクテナ装置。
【請求項６】
前記入力電圧制御部または前記入力電流制御部により制御された前記所定の入力電圧は、前記レクテナ素子から入力された入力電力の範囲ごとに定められた値であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のレクテナ装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
なお、出力電圧Ｖｏの値については、レクテナ素子７０の特性（たとえば図２、３、４、７に示すような特性）を予め測定しておき、その特性をＰＷＭ制御回路５４にテーブルまたは関数として記憶させておけばよい。