(57)【要約】【課題】  微弱な交流信号からより多くの電力を効率的に蓄積可能な電源回路を提供する。【解決手段】  アンテナ１０によって特定の周波数を有する電波を受信し、この電波を昇圧回路によって昇圧した後、接続回路３０を介してポンプ回路４０供給し、ポンプ回路４０で整流して蓄電回路５０に蓄電する。【選択図】  図１
2008199753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の周波数を有する電波を受信するアンテナと、
前記アンテナが受信した電波の振幅を増幅する昇圧回路と、
前記昇圧回路が増幅した電波を整流して出力するポンプ回路と、
前記ポンプ回路の出力により充電される蓄電回路と、
前記昇圧回路と前記ポンプ回路とを接続する接続回路とを有し、
前記接続回路が、前記特定の周波数と前記昇圧回路の出力の大きさに応じて定まる容量を有するコンデンサであることを特徴とする電源回路。
【請求項２】
前記アンテナと前記昇圧回路とが、前記特定の周波数を共振周波数とする共振回路によって構成されることを特徴とする請求項１記載の電源回路。
【請求項３】
前記共振回路が、誘電体フィルムを挟んで一部が対向するように配置された、略均一の幅を有する導電体薄膜からなる一対のコイルパターンから構成されることを特徴とする請求項２記載の電源回路。
【請求項４】
前記アンテナ、前記昇圧回路及び前記接続回路がそれぞれ複数存在し、
前記アンテナが受信する電波の周波数並びに前記接続回路を構成するコンデンサの容量が異なることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電源回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電源回路に関し、特に電波をエネルギー源とする電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気機器を屋外に設置して利用する際には、どこから電源を取得するかが問題となる。商用電源を利用できない場合、電池を用いることが多い。また、機器の消費電力が小さい場合には太陽電池を利用することもある。
【０００３】
しかしながら、電池は容量が低下すると交換する必要があり、例えば山奥のような不便な場所に機器を設置した場合には、交換を行うことが容易でないこともある。また、太陽電池単独では天気が悪い場合の電力がまかなえないことがあるので、結局他の電池との併用が必要となることが多い。また、太陽電池自体の経年劣化や電池表面の汚れ等によって起電力が低下したりすることがあるので、やはりある程度の時期毎に点検を行うことが必要となる。
【０００４】
一方で、様々な用途で空気中に存在する電波のエネルギーを電源として利用することも従来から行われている。例えば、所謂パッシブタイプのＩＣタグにおいては、ＩＣチップの動作電力を、リーダライタあるいはスキャナから送信される電波により誘導される電流や電波を整流して得ている。
【０００５】
さらに、特許文献１には、空気中を伝播する様々な電波（ラジオ放送波、ＴＶ放送波、携帯電話の通信波など）を受信し、直流化して蓄電することにより、電源として利用する構成が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２５７６９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１記載の電源装置においては、回路内に存在する抵抗Ｒ１（４１ａ），Ｒ２（４２ａ）により、受信した電波の電力が無駄に消費される。従って、効率よい蓄電を実現するという観点からは改善の余地があった。
【０００８】
本願発明はこのような従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、微弱な交流信号からより多くの電力を効率的に蓄積可能な電源回路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】
【０００９】
上述の目的を達成するため、本発明の電源回路は、特定の周波数を有する電波を受信するアンテナと、アンテナが受信した電波の振幅を増幅する昇圧回路と、昇圧回路が増幅した電波を整流して出力するポンプ回路と、ポンプ回路の出力により充電される蓄電回路と、昇圧回路とポンプ回路とを接続する接続回路とを有し、接続回路が、特定の周波数と昇圧回路の出力の大きさに応じて定まる容量を有するコンデンサであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
このような構成により、本発明によれば、空気中を伝播する電波から効率的に電力を蓄積することが可能となるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る電源回路の機能構成例を示すブロック図である。
電源回路１００は、予め定められた周波数の電波を受信するように設計されたアンテナ１０と、アンテナ１０が受信した電波の振幅を増幅する昇圧回路２０と、昇圧回路２０とポンプ回路４０とを接続する接続回路３０と、接続回路３０を通じて入力された信号の電圧に応じたエネルギーを取り出し、蓄電回路５０へ供給するポンプ回路４０と、ポンプ回路４０から与えられるエネルギーを蓄積し、電源として機能する蓄電回路５０とから構成される。
【００１２】
図２は、本実施形態に係る電源回路の具体的な回路構成例を示す図である。
図２に示す例においては、アンテナ１０及び昇圧回路２０の両方の機能を１つの共振回路１５によって実現している。また、図２において、各回路要素に記載された具体的な値は、振幅１０ｍｖ、周波数１３．５６ＭＨｚの正弦波を受信することを想定して決定した値であり、受信する周波数に応じて変動する。
【００１３】
図２において、アンテナ１０及び昇圧回路２０としての共振回路１５は、コンデンサＣ１及びＣ２と、コンデンサＣ１の両端を接続するコイルＬ３と、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２の上側電極ｃ，ａを接続するコイルＬ２と、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２の下側電極ｄ，ｂを接続するコイルＬ１とから構成される。
【００１４】
図３は、共振回路１５の入出力特性のシミュレート結果を示す図である。
図３において、Ｖ（ａ），Ｖ（ｃ）及びＶ（ｄ）はそれぞれ図２におけるａ，ｃ，ｄ点において観測される電圧波形を示している。ここでは、上述したように、振幅１０ｍｖ、周波数１３．５６ＭＨｚの正弦波が受信されたものとしている。従って、ａ点において観測される電圧波形Ｖ（ａ）は、入力正弦波に相当する。そして、接続回路３０としてのコンデンサＣ３に接続される点ｄで観測される電圧波形Ｖ（ｄ）が、昇圧回路２０としての共振回路１５の出力に相当する。
【００１５】
このように、本実施形態における共振回路１５によれば、振幅１０ｍＶの正弦波が、振幅１．０Ｖに昇圧されており、単純な構成により微弱な電波を大幅に昇圧できることが理解される。
【００１６】
図２にしめすような共振回路１５は、例えば、図５に示すような共振タグにより実現することができる。
図において、共振タグは、第１のコイルパターン１１０と、第２のコイルパターン１２０と、第１及び第２のコイルパターン１１０，１２０の間に介在する誘電体フィルム１３０とを有する。
【００１７】
第１及び第２のコイルパターン１１０及び１２０は全長に渡って略均一な幅の線状の導電体薄膜である。第１及び第２のコイルパターン１１０及び１２０は、誘電体フィルム１３０を挟んで対向する区間を有し、この区間（対向区間）が、第１及び第２のコイルパターン１１０及び１２０を電極、第１及び第２のコイルパターン１１０及び１２０に挟まれた誘電体フィルム１３０を誘電体とするコンデンサを形成する。このコンデンサ（Ｃ）と、第１及び第２のコイルパターン１１０及び１２０が形成するコイル（Ｌ）とにより、所望の共振周波数（例えば１３．６５ＭＨｚ）を有するＬＣ共振回路が構成されるよう、第１及び第２のコイルパターン１１０及び１２０の幅ｗや対向区間の長さ、コイルの巻数が調整されている。
【００１８】
誘電体フィルム１３０は、実際には第１及び第２のコイルパターン１１０及び１２０を貼り合わせるための粘着剤層や、樹脂層により構成することができる。すなわち、図６に示すように、コイルパターン１１０及び／又は１２０の裏面に樹脂や粘着剤を塗布し、コイルパターン同士を貼り合わせて共振タグ（共振回路）を形成することができる。
【００１９】
裏面に熱接着性樹脂等の塗膜１２１を設けた第１及び第２のコイルパターン１１０及び１２０を、巻き方向が互いに異なる方向となるように重ね合わせ、熱溶着する。そして、コイルパターン端部１１５ａ、１１５ｂでコイルを電気的に接続して共振回路を形成する。
【００２０】
このタグは、上述したように第１及び第２のコイルパターン１１０及び１２０で誘電体フィルム１３０を挟むように構成し、コンデンサを形成している。さらに、コイルパターン１１０及び１２０の幅ｗを大きくして電気抵抗を低下させている。
【００２１】
共振回路の性能を表すＱ値は
Ｑ＝２πｆＬ／Ｒ
（Ｌはインダクタンス、Ｒは電気抵抗、ｆは共振周波数である）
で表されるため、Ｒが低下すれば、コイルの巻数が減少してＬが低下してもＱに与える影響は小さい。特に、ＲとＬの比が変わらなければ全くＱには影響しない。一方で、幅ｗが大きくなれば、金属箔の打ち抜き加工によってコイルパターン１１０及び１２０を形成できるため、製造が容易になる。
【００２２】
このような構成の共振タグを共振回路１５として用いることで、回路構成がより簡単になり、電源回路の製造が一層容易になる。
【００２３】
この場合、一端が接続されるコイルパターン１１０及び１２０は、図２に示した回路図におけるコイルＬ１〜Ｌ３を形成し、コイルパターン１１０及び１２０に挟まれた誘電体フィルム１３０はコンデンサＣ１，Ｃ２を形成する。
【００２４】
結合回路３０としてのコンデンサＣ３は、共振回路１５の出力を効率よく後段のポンプ回路へ伝達するために設けられ、蓄電効率を左右する重要な役割を果たしている。
コンデンサＣ３は、その容量が大きいほど蓄積できる電荷が多くなる反面、容量が大きすぎると、Ｑ＝ＣＶの関係から電極間の電圧が上がらず、ポンプ回路４０へ伝達される電力が小さくなる。
また、コンデンサＣ３の容量が小さすぎると、共振回路１５の出力を十分蓄積することができず、蓄電効率が低下する。
また、充電期間は受信する電波の周波数に依存し、充電期間中に充電される電荷量は受信電波の電力（共振回路１５の出力の大きさ）に依存する。従って、コンデンサＣ３の容量は、受信される電波の周波数と共振回路１５の出力の大きさに応じて適切な値を設定する。
【００２５】
ポンプ回路４０は、接続回路３０のコンデンサＣ３の下側電極と接地電位との間に順方向に接続されたダイオードＤ１と、接続回路３０のコンデンサＣ３の下側電極と蓄電回路５０との間に逆方向に接続されたダイオードＤ２とから構成される。
【００２６】
蓄電回路５０としてのコンデンサＣ４は、ダイオードＤ２と接地電位との間に接続される。
【００２７】
ポンプ回路４０を構成するダイオードＤ１とダイオードＤ２はコンデンサＣ３の下側電極と互いに逆方向に接続されている。そのため、コンデンサＣ３を通じて共振回路１５から入力される電圧波形のうち、負の電圧区間において、蓄電回路５０を構成するコンデンサＣ４が充電される。これにより、コンデンサＣ４の上下電極から図示しない負荷回路の電源を供給することができる。
【００２８】
図４は、図３に示したＶ（ｄ）がポンプ回路４０に入力された場合の、コンデンサＣ４の上下端子間の電圧Ｖ（ｅ）の時間変化を示す図である。
図４に示すように、わずか３０ｍｓ後に２．８Ｖもの電位差が得られていることが分かる。なお、コンデンサＣ４の容量を増やすことにより、より多くの電荷を蓄えることが可能となり、電源としての容量も増加するため、負荷回路の消費電力に応じて適宜調整することが可能である。
【００２９】
このように、本実施形態によれば、簡単な回路構成により、微弱な交流信号から電力を蓄積することが可能となるので、間欠的に動作する回路、例えば間欠的に発信する通信モジュールなどの電源として非常に有用である。
【００３０】
（他の実施形態）
上述の実施形態においては、説明及び理解を簡単にするため、１つの周波数の電波のエネルギーを蓄積する構成について説明した。
【００３１】
しかし、異なる周波数の電波を受信するアンテナ１０及び昇圧回路２０、並びに受信周波数と昇圧回路２０の出力の大きさに応じて定まる容量を有するコンデンサからなる結合回路３０を１つのブロックとし、複数のブロックをポンプ回路４０の入力（すなわち、ダイオードＤ１）に接続する構成としても良い。
【００３２】
このような構成を採ることにより、複数の異なる周波数を有する電波からエネルギーを取り出して蓄積することが可能になり、より効率の良い電力の蓄積が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態に係る電源回路の機能構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電源回路の具体的な回路構成例を示す図である。
【図３】図２における共振回路１５の入出力特性のシミュレート結果を示す図である。
【図４】図３に示したＶ（ｄ）がポンプ回路４０に入力された場合の、コンデンサＣ４の上下端子間の電圧Ｖ（ｅ）の時間変化を示す図である。
【図５】図２における共振回路１５として利用可能な共振タグの構成例を示す図である。
【図６】図５に示す構成を有する共振タグの製造方法について説明する図である。
【図１】
2008199753.tif 000003
【図２】
2008199753.tif 000004
【図３】
2008199753.tif 000005
【図４】
2008199753.tif 000006
【図５】
2008199753.tif 000007
【図６】
2008199753.tif 000008