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JP7087941B2 - Energy harvesting equipment - Google Patents
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Description

本発明は、環境中の電磁波エネルギーを回収して電力として利用する環境発電装置に関する。 The present invention relates to an energy harvesting device that recovers electromagnetic energy in the environment and uses it as electric power.

「環境発電」とは、エナジーハーベスティング(Energy Harvesting)とも呼ばれ、その一つは、環境中に薄く広く存在する電磁波エネルギーから微弱な電力を回収して利用する技術である。このような環境発電を行う環境発電装置は、系統電源から分離された独立した電源でありながら、一次電池のような定期的な電池交換が不要であるので、付加価値の高い電源装置としての応用が期待されている。 "Energy harvesting" is also called energy harvesting, and one of them is a technology that recovers and uses weak electric power from electromagnetic wave energy that is thin and widely present in the environment. An energy harvesting device that performs such energy harvesting is an independent power supply separated from the grid power supply, but does not require regular battery replacement like a primary battery, so it can be applied as a high-value-added power supply device. Is expected.

環境発電装置の例として、特許文献1には、水平偏波の電磁波を受ける第1アンテナ素子と、垂直偏波の電磁波を受ける第2アンテナ素子とを備え、異なる偏波の電磁波を受けて電磁波エネルギーを回収する装置が示されている。また、特許文献1には、水平偏波で送信される電磁波の周波数に応じたアンテナと、垂直偏波で送信される電磁波の周波数に応じたアンテナとを備えて、それぞれの電磁波エネルギーを回収する装置が開示されている。 As an example of an environmental power generation device, Patent Document 1 includes a first antenna element that receives electromagnetic waves of horizontally polarized waves and a second antenna element that receives electromagnetic waves of vertically polarized waves, and receives electromagnetic waves of different polarizations. A device for recovering energy is shown. Further, Patent Document 1 includes an antenna corresponding to the frequency of electromagnetic waves transmitted by horizontally polarized waves and an antenna corresponding to the frequency of electromagnetic waves transmitted by vertically polarized waves, and recovers the energy of each electromagnetic wave. The device is disclosed.

特開2015-43526号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-43526

特許文献1に記載の電磁波エネルギー回収装置では、複数の整流部の出力が直列接続又は並列接続されることによって電力合成されるが、限られた面積に構成可能なアンテナの数は多くなく、上記複数の整流部の出力が直列接続されても、得られる直流電圧は高くない。そのため、比較的高電圧を要する負荷を作動させることは困難であった。 In the electromagnetic wave energy recovery device described in Patent Document 1, power is synthesized by connecting the outputs of a plurality of rectifying units in series or in parallel, but the number of antennas that can be configured in a limited area is not large, and the above Even if the outputs of multiple rectifiers are connected in series, the obtained DC voltage is not high. Therefore, it is difficult to operate a load that requires a relatively high voltage.

そこで、本発明の目的は、大型化を抑えつつ、比較的高電圧を要する負荷を作動させることのできる環境発電装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide an energy harvesting device capable of operating a load requiring a relatively high voltage while suppressing an increase in size.

本開示の一例としての環境発電装置は、
それぞれ電磁波エネルギーを受ける複数のアンテナと、
前記複数のアンテナにそれぞれ接続され、誘起電力を交流直流変換し、出力部が直列接続された複数の整流回路と、
前記複数の整流回路の直列出力部の電圧をそれぞれ昇圧する複数の昇圧回路と、
前記複数の昇圧回路の出力でそれぞれ充電される複数の蓄電池又は蓄電器と、
前記複数の蓄電池又は蓄電器を直列接続して負荷に接続する接続状態切替回路と、を備える。
The energy harvesting device as an example of the present disclosure is
Multiple antennas, each receiving electromagnetic energy,
A plurality of rectifier circuits connected to the plurality of antennas, converted between AC and DC of induced power, and connected in series to the output unit, and a plurality of rectifier circuits.
A plurality of booster circuits that boost the voltage of the series output section of the plurality of rectifier circuits, respectively.
A plurality of storage batteries or capacitors that are charged by the outputs of the plurality of booster circuits, respectively.
A connection state switching circuit for connecting the plurality of storage batteries or capacitors in series to a load is provided.

上記構成により、昇圧回路によって複数の整流回路の直列出力部の電圧がそれぞれ昇圧され、さらに、負荷へ電源電圧を供給する状態で、複数の蓄電池又は蓄電器が直列接続されて負荷に電源電圧が供給される。 With the above configuration, the voltage of the series output section of the plurality of rectifier circuits is boosted by the booster circuit, and the power supply voltage is supplied to the load by connecting multiple storage batteries or capacitors in series while supplying the power supply voltage to the load. Will be done.

本発明の環境発電装置によれば、大型化を抑えつつ、比較的高電圧を要する負荷を作動させることができる。 According to the energy harvesting device of the present invention, it is possible to operate a load that requires a relatively high voltage while suppressing the increase in size.

図1は第1の実施形態に係る環境発電装置及びセンサの構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an energy harvesting device and a sensor according to the first embodiment. 図2は第1の実施形態に係る環境センサ201の正面図である。FIG. 2 is a front view of the environment sensor 201 according to the first embodiment. 図3は環境センサ201の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the environment sensor 201. 図4は環境センサ201の回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram of the environment sensor 201. 図5は第2の実施形態に係る整流回路を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a rectifier circuit according to the second embodiment. 図6は第2の実施形態に係る別の整流回路を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing another rectifier circuit according to the second embodiment. 図7は第3の実施形態に係る環境センサ203Aの正面図である。FIG. 7 is a front view of the environment sensor 203A according to the third embodiment. 図8は第3の実施形態に係る別の環境センサ203Bの正面図である。FIG. 8 is a front view of another environment sensor 203B according to the third embodiment.

まず、本発明に係る環境発電装置における幾つかの態様について列挙する。 First, some aspects of the energy harvesting apparatus according to the present invention will be listed.

本発明に係る第1の態様の環境発電装置は、それぞれ電磁波エネルギーを受ける複数のアンテナと、前記複数のアンテナにそれぞれ接続され、誘起電力を交流直流変換し、出力部が直列接続された複数の整流回路と、前記複数の整流回路の直列出力部の電圧をそれぞれ昇圧する複数の昇圧回路と、前記複数の昇圧回路の出力でそれぞれ充電される複数の蓄電池又は蓄電器と、前記複数の蓄電池又は蓄電器を直列接続して負荷に接続する接続状態切替回路と、を備える。この構成により、複数の昇圧回路によってそれぞれ昇圧された電圧で蓄電池又は蓄電器が充電され、さらに、負荷へ電源電圧を供給する状態で、複数の蓄電池又は蓄電器が直列接続されて負荷に電源電圧が供給されるので、比較的少ない数のアンテナで、比較的高電圧を要する負荷を作動させることができる。 The environmental power generation device according to the first aspect of the present invention is connected to a plurality of antennas, each of which receives electromagnetic energy, and a plurality of antennas, the induced power is converted into AC / DC, and the output units are connected in series. A rectifier circuit, a plurality of booster circuits for boosting the voltage of the series output units of the plurality of rectifier circuits, a plurality of storage batteries or capacitors charged by the outputs of the plurality of booster circuits, and the plurality of storage batteries or capacitors. It is equipped with a connection state switching circuit that connects in series and connects to a load. With this configuration, the storage battery or capacitor is charged with the voltage boosted by the plurality of booster circuits, and the power supply voltage is supplied to the load by connecting the plurality of storage batteries or capacitors in series while supplying the power supply voltage to the load. Therefore, a load requiring a relatively high voltage can be operated with a relatively small number of antennas.

本発明に係る第2の態様の環境発電装置では、前記複数のアンテナは、搬送周波数が互いに異なる複数の搬送周波数の電磁波をそれぞれ受波するアンテナを備える。この構造によれば、放送や通信等、目的の異なる複数の電磁波のエネルギーを同時に回収できる。 In the energy harvesting device according to the second aspect of the present invention, the plurality of antennas include antennas that receive electromagnetic waves having a plurality of transport frequencies having different transport frequencies. According to this structure, the energy of a plurality of electromagnetic waves having different purposes such as broadcasting and communication can be recovered at the same time.

本発明に係る第3の態様の環境発電装置では、前記複数のアンテナそれぞれは導体膜又は導体層で構成される共通の面状導体に接続されるループアンテナである。この構造によれば、複数のアンテナの配置スペースが縮小化される。 In the energy harvesting device of the third aspect according to the present invention, each of the plurality of antennas is a loop antenna connected to a common planar conductor composed of a conductor film or a conductor layer. According to this structure, the placement space of the plurality of antennas is reduced.

本発明に係る第4の態様の環境発電装置では、前記複数のアンテナそれぞれは導体膜又は導体層で構成される共通の面状導体で形成されるループアンテナである。この構造によれば、複数のアンテナの配置スペースが縮小化される。また、複数のアンテナが近接しても、それらアンテナ同士の干渉を抑制できる。 In the energy harvesting device of the fourth aspect according to the present invention, each of the plurality of antennas is a loop antenna formed of a common planar conductor composed of a conductor film or a conductor layer. According to this structure, the placement space of the plurality of antennas is reduced. Further, even if a plurality of antennas are close to each other, interference between the antennas can be suppressed.

本発明に係る第5の態様の環境発電装置では、前記面状導体は、前記複数の整流回路のグランド導体若しくは前記複数の昇圧回路のグランド導体、又は前記複数の整流回路のグランド導体及び前記複数の昇圧回路のグランド導体である。この構造によれば、複数の整流回路又は複数の昇圧回路と共に複数のアンテナを集積化でき、複数のアンテナの配置スペースが縮小化される。また、複数のアンテナ同士の干渉を抑制できる。 In the environmental power generation device according to the fifth aspect of the present invention, the planar conductor is a ground conductor of the plurality of rectifier circuits or a ground conductor of the plurality of booster circuits, or a ground conductor of the plurality of rectifier circuits and the plurality of ground conductors. It is the ground conductor of the booster circuit of. According to this structure, a plurality of antennas can be integrated together with a plurality of rectifier circuits or a plurality of booster circuits, and the arrangement space of the plurality of antennas can be reduced. In addition, interference between a plurality of antennas can be suppressed.

以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。要点の説明又は理解の容易性を考慮して、実施形態を説明の便宜上分けて示すが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせは可能である。第2の実施形態以降では第1の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。 Hereinafter, a plurality of embodiments for carrying out the present invention will be shown with reference to the drawings with reference to some specific examples. The same reference numerals are given to the same parts in each figure. Although the embodiments are shown separately for convenience of explanation in consideration of the explanation of the main points or the ease of understanding, partial replacement or combination of the configurations shown in different embodiments is possible. In the second and subsequent embodiments, the description of matters common to the first embodiment will be omitted, and only the differences will be described. In particular, the same action and effect due to the same configuration will not be mentioned sequentially for each embodiment.

《第1の実施形態》
図1は第1の実施形態に係る環境発電装置及び環境センサの構成を示すブロック図である。この環境センサ201は環境発電装置101と負荷50とで構成される。環境発電装置101は、アンテナ11~14と、整流回路21~24と、昇圧回路31,32と、蓄電池41,42とを備える。この環境発電装置101に負荷50が接続されている。
<< First Embodiment >>
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an energy harvesting device and an environment sensor according to the first embodiment. The environment sensor 201 is composed of an energy harvesting device 101 and a load 50. The energy harvesting device 101 includes antennas 11 to 14, rectifier circuits 21 to 24, booster circuits 31 and 32, and storage batteries 41 and 42. A load 50 is connected to the energy harvesting device 101.

アンテナ11~14は、後に例示するように、例えばループアンテナであり、それぞれ電磁波エネルギーを受ける。例えば、アンテナ11は中心周波数550MHzの所定周波数帯の地デジ放送波を受ける。アンテナ12は2.4GHz帯の無線LANの通信波を受ける。アンテナ13は中心周波数920MHzの所定周波数帯の携帯電話基地局の送信波を受ける。さらに、アンテナ14は5GHz帯の無線LANの通信波を受ける。 The antennas 11 to 14 are, for example, loop antennas, as illustrated later, and each receives electromagnetic energy. For example, the antenna 11 receives a terrestrial digital broadcast wave in a predetermined frequency band having a center frequency of 550 MHz. The antenna 12 receives the communication wave of the 2.4 GHz band wireless LAN. The antenna 13 receives a transmission wave of a mobile phone base station in a predetermined frequency band having a center frequency of 920 MHz. Further, the antenna 14 receives the communication wave of the wireless LAN in the 5 GHz band.

整流回路21~24は、アンテナ11~14にそれぞれ接続され、アンテナ11~14の誘起電力(電圧)をそれぞれ整流(交流直流変換)する。これら整流回路21~24の出力部は直列接続されている。 The rectifying circuits 21 to 24 are connected to the antennas 11 to 14, respectively, and rectify (AC-DC conversion) the induced power (voltage) of the antennas 11 to 14, respectively. The output units of these rectifier circuits 21 to 24 are connected in series.

昇圧回路31,32は、整流回路21~24の直列出力部の電圧をそれぞれ昇圧する。蓄電池は例えばリチウムイオン二次電池であり、昇圧回路31,32でそれぞれ充電される。 The booster circuits 31 and 32 boost the voltage of the series output section of the rectifier circuits 21 to 24, respectively. The storage battery is, for example, a lithium ion secondary battery, and is charged by the booster circuits 31 and 32, respectively.

環境発電装置101は、後に示すように、蓄電池41,42の出力を負荷50へ供給する際、蓄電池41,42を直列接続して負荷に接続する接続状態切替回路を更に備える。 As will be shown later, the energy harvesting device 101 further includes a connection state switching circuit for connecting the storage batteries 41 and 42 in series to the load when supplying the outputs of the storage batteries 41 and 42 to the load 50.

負荷50は例えば温度・湿度等のセンサを含む回路であり、所定条件で測定データを無線送信する。 The load 50 is a circuit including, for example, sensors for temperature, humidity, etc., and wirelessly transmits measurement data under predetermined conditions.

図2は第1の実施形態に係る環境センサ201の正面図である。図3は環境センサ201の断面図である。 FIG. 2 is a front view of the environment sensor 201 according to the first embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view of the environment sensor 201.

環境センサ201は、図1に示した環境発電装置101と負荷50とが一体化された装置である。図2に表れているように、環境センサ201は基板9を備え、この基板9の第1面にアンテナ導体パターン11a,11b,12a,12b,13a,13b,14a,14b及び面状導体10が形成されている。これらアンテナ導体パターン11a,11b,12a,12b,13a,13b,14a,14b及び面状導体10は例えばCu箔をパターンニングしたものである。また、基板9の第1面には整流回路モジュール21M,22M,23M,24Mが実装されている。図2においては、整流回路モジュール21M,22M,23M,24Mを破線で表している。 The environment sensor 201 is a device in which the energy harvesting device 101 shown in FIG. 1 and the load 50 are integrated. As shown in FIG. 2, the environment sensor 201 includes a substrate 9, and antenna conductor patterns 11a, 11b, 12a, 12b, 13a, 13b, 14a, 14b and a planar conductor 10 are provided on the first surface of the substrate 9. It is formed. These antenna conductor patterns 11a, 11b, 12a, 12b, 13a, 13b, 14a, 14b and the planar conductor 10 are, for example, patterns made of Cu foil. Further, rectifier circuit modules 21M, 22M, 23M, 24M are mounted on the first surface of the substrate 9. In FIG. 2, the rectifier circuit modules 21M, 22M, 23M, and 24M are represented by broken lines.

アンテナ導体パターン11a,11bと面状導体10とで、一つのループアンテナ(図1中のアンテナ11)が構成されている。また、アンテナ導体パターン12a,12bと面状導体10とで一つのループアンテナ(図1中のアンテナ12)が構成されている。同様に、アンテナ導体パターン13a,13bと面状導体10とで一つのループアンテナ(図1中のアンテナ13)が構成されている。さらに、アンテナ導体パターン14a,14bと面状導体10とで一つのループアンテナ(図1中のアンテナ14)が構成されている。 The antenna conductor patterns 11a and 11b and the planar conductor 10 form one loop antenna (antenna 11 in FIG. 1). Further, one loop antenna (antenna 12 in FIG. 1) is composed of the antenna conductor patterns 12a and 12b and the planar conductor 10. Similarly, one loop antenna (antenna 13 in FIG. 1) is composed of the antenna conductor patterns 13a and 13b and the planar conductor 10. Further, one loop antenna (antenna 14 in FIG. 1) is composed of the antenna conductor patterns 14a and 14b and the planar conductor 10.

図3に表れているように、基板9の第2面には昇圧回路31、蓄電池41等が設けられている。昇圧回路31はDC-DCコンバータモジュールで構成されている。図3の断面では表れていないが、昇圧回路32及び蓄電池42も基板9の第2面に設けられている。基板9の第1面に形成されている面状導体10は、整流回路21~24のグランド導体及び昇圧回路31,32のグランド導体である。 As shown in FIG. 3, a booster circuit 31, a storage battery 41, and the like are provided on the second surface of the substrate 9. The booster circuit 31 is composed of a DC-DC converter module. Although not shown in the cross section of FIG. 3, the booster circuit 32 and the storage battery 42 are also provided on the second surface of the substrate 9. The planar conductor 10 formed on the first surface of the substrate 9 is a ground conductor of the rectifier circuits 21 to 24 and a ground conductor of the booster circuits 31 and 32.

基板9の第1面にはレジスト膜またはカバーレイが設けられていてもよい。また、アンテナ導体パターン11a,11b,12a,12b,13a,13b,14a,14b及び面状導体10は多層基板の内層の導体層で形成されていてもよい。 A resist film or a coverlay may be provided on the first surface of the substrate 9. Further, the antenna conductor patterns 11a, 11b, 12a, 12b, 13a, 13b, 14a, 14b and the planar conductor 10 may be formed by the conductor layer of the inner layer of the multilayer substrate.

本実施形態では、アンテナ11~14それぞれは導体膜又は導体層で構成される共通の面状導体に接続されるループアンテナであるので、複数のアンテナの配置スペースが縮小化される。また、面状導体10が、整流回路21~24のグランド導体及び昇圧回路31,32のグランド導体でもあるので、アンテナ11~14の相互干渉が抑制される。さらに、アンテナ11~14が近接しても、それらアンテナ同士は面状導体10を介して離間しているので、その点でも、アンテナ11~14の相互干渉は抑制される。 In the present embodiment, since each of the antennas 11 to 14 is a loop antenna connected to a common planar conductor composed of a conductor film or a conductor layer, the arrangement space of a plurality of antennas is reduced. Further, since the planar conductor 10 is also a ground conductor of the rectifying circuits 21 to 24 and a ground conductor of the booster circuits 31 and 32, mutual interference between the antennas 11 to 14 is suppressed. Further, even if the antennas 11 to 14 are close to each other, the antennas are separated from each other via the planar conductor 10, so that mutual interference between the antennas 11 to 14 is suppressed at that point as well.

図4は環境センサ201の回路図である。図4においてはアンテナ11~14をそれぞれ交流電圧源の記号で表している。整流回路21~24それぞれは、整流ダイオードD1,D2及びキャパシタC1,C2で構成される倍電圧整流回路である。これら整流回路21~24の出力は直列接続されている。 FIG. 4 is a circuit diagram of the environment sensor 201. In FIG. 4, the antennas 11 to 14 are represented by symbols of AC voltage sources, respectively. Each of the rectifier circuits 21 to 24 is a voltage doubler rectifier circuit composed of rectifier diodes D1 and D2 and capacitors C1 and C2. The outputs of these rectifier circuits 21 to 24 are connected in series.

昇圧回路31,32それぞれは、入力キャパシタCi、出力キャパシタCo、インダクタL1、スイッチ素子Q1、ダイオードD3及び制御回路CNTで構成される昇圧コンバータである。昇圧回路31の出力には蓄電池41が接続されていて、昇圧回路32の出力には蓄電池42が接続されている。制御回路CNTは入力電圧を電源電圧として動作し、スイッチ素子Q1を所定のスイッチング周波数でON/OFF制御する。 Each of the booster circuits 31 and 32 is a boost converter composed of an input capacitor Ci, an output capacitor Co, an inductor L1, a switch element Q1, a diode D3, and a control circuit CNT. A storage battery 41 is connected to the output of the booster circuit 31, and a storage battery 42 is connected to the output of the booster circuit 32. The control circuit CNT operates using the input voltage as the power supply voltage, and controls ON / OFF of the switch element Q1 at a predetermined switching frequency.

整流回路21~24の直列出力部に昇圧回路31,32の入力部がそれぞれ接続されている。つまり、昇圧回路31,32の入力部は並列接続されている。但し、この例では、昇圧回路31のグランドG1と昇圧回路32のグランドG2との間に逆流防止用ダイオードD14が挿入されている。 The input units of the booster circuits 31 and 32 are connected to the series output units of the rectifier circuits 21 to 24, respectively. That is, the input portions of the booster circuits 31 and 32 are connected in parallel. However, in this example, the backflow prevention diode D14 is inserted between the ground G1 of the booster circuit 31 and the ground G2 of the booster circuit 32.

蓄電池41,42はスイッチ回路SWを介して直列接続される。スイッチ回路SWは例えばMOS-FETである。このスイッチ回路SWは本発明に係る「接続状態切替回路」に相当する。つまり、スイッチ回路SWの導通状態で、蓄電池41,42が直列接続されて、蓄電池41,42の加算電圧が負荷50に電源電圧として供給される。なお、負荷50の電源電圧印加部にはキャパシタCoutが並列接続されている。 The storage batteries 41 and 42 are connected in series via the switch circuit SW. The switch circuit SW is, for example, a MOS-FET. This switch circuit SW corresponds to the "connection state switching circuit" according to the present invention. That is, in the conductive state of the switch circuit SW, the storage batteries 41 and 42 are connected in series, and the added voltage of the storage batteries 41 and 42 is supplied to the load 50 as a power supply voltage. A capacitor Cout is connected in parallel to the power supply voltage application portion of the load 50.

負荷50はスイッチ回路SWに対する制御信号を出力する回路を備える。この例では、蓄電池42の電圧が所定の閾値を超えると、スイッチ回路SWを導通させて、温度・湿度等の測定値を無線送信する。この無線送信に要する電力量は蓄電池41,42から供給される。一回の無線送信は極短時間で完了し、その後は、再び蓄電池41,42の充電が開始される。 The load 50 includes a circuit that outputs a control signal to the switch circuit SW. In this example, when the voltage of the storage battery 42 exceeds a predetermined threshold value, the switch circuit SW is made conductive and the measured values such as temperature and humidity are wirelessly transmitted. The amount of electric power required for this wireless transmission is supplied from the storage batteries 41 and 42. One wireless transmission is completed in a very short time, and then charging of the storage batteries 41 and 42 is started again.

例えば、整流回路21~24の直列出力部の電圧は0.38V~3.3Vであり、蓄電池41,42の定格電圧は2.3V、上限充電電圧は2.7V、下限放電電圧は1.8Vである。負荷50の定格電源電圧は3V、200μAである。また、上記無線送信に要する電力量は、例えば5μWh/回、30μW/日である。 For example, the voltage of the series output section of the rectifying circuits 21 to 24 is 0.38V to 3.3V, the rated voltage of the storage batteries 41 and 42 is 2.3V, the upper limit charging voltage is 2.7V, and the lower limit discharging voltage is 1.8V. The rated power supply voltage of the load 50 is 3V, 200μA. The amount of power required for the wireless transmission is, for example, 5 μWh / time and 30 μW / day.

なお、昇圧回路31,32の制御回路CNTに、蓄電池41,42の電圧を電源電圧として供給するように回路を構成してもよい。また、負荷50はキャパシタCoutの電圧が所定の閾値を超えたときスイッチ回路SWを導通させるように構成してもよい。 The circuit may be configured so that the voltage of the storage batteries 41 and 42 is supplied to the control circuit CNT of the booster circuits 31 and 32 as the power supply voltage. Further, the load 50 may be configured to conduct the switch circuit SW when the voltage of the capacitor Cout exceeds a predetermined threshold value.

また、逆流防止用ダイオードD14に代えて、MOS-FET等によるスイッチ回路を設け、このスイッチ回路を負荷50から出力される制御信号で制御するように構成してもよい。 Further, instead of the backflow prevention diode D14, a switch circuit using a MOS-FET or the like may be provided, and this switch circuit may be configured to be controlled by a control signal output from the load 50.

《第2の実施形態》
第2の実施形態では、第1の実施形態で示した整流回路とは構成が異なる整流回路について示す。
<< Second Embodiment >>
The second embodiment shows a rectifier circuit having a configuration different from that of the rectifier circuit shown in the first embodiment.

図5は第2の実施形態に係る整流回路を示す図である。整流回路21,22それぞれは、整流ダイオードD1,D2及びキャパシタC1,C2で構成される倍電圧整流回路である。これら整流回路21,22の出力は直列接続されている。 FIG. 5 is a diagram showing a rectifier circuit according to the second embodiment. Each of the rectifier circuits 21 and 22 is a voltage doubler rectifier circuit composed of rectifier diodes D1 and D2 and capacitors C1 and C2. The outputs of these rectifier circuits 21 and 22 are connected in series.

同様にして、3つ以上のダイオード及び3つ以上のキャパシタを備えて、コッククロフト・ウォルトン回路を構成することで、N倍電圧整流回路を構成してもよい。 Similarly, an N-fold voltage rectifier circuit may be configured by comprising three or more diodes and three or more capacitors to form a Cockcroft-Walton circuit.

図6は第2の実施形態に係る別の整流回路を示す図である。図6においては、アンテナ11,12をループアンテナとして表している。この整流回路21,22は、キャパシタCa,Cb、ダイオードDa及び線路SLで構成されている。キャパシタCaはローパスフィルタを構成する。線路SLは1/4波長線路であり、この線路SLとキャパシタCbとで出力フィルタ回路が構成されている。整流回路21,22に入力される基本波はキャパシタCbで全反射され、ダイオードDaのカソード端で定在波が腹となる。また、ダイオードDaから出力フィルタ回路を視たインピーダンスは、3f,5f,…の奇高調波に関しては開放、2f,4f,…の偶高調波に関しては短絡に見えるので、これら高調波の合成によって、ダイオードDaに半波倍電流が流れ、回路全体としては倍電圧整流される。 FIG. 6 is a diagram showing another rectifier circuit according to the second embodiment. In FIG. 6, the antennas 11 and 12 are represented as loop antennas. The rectifier circuits 21 and 22 are composed of capacitors Ca and Cb, a diode Da and a line SL. The capacitor Ca constitutes a low-pass filter. The line SL is a 1/4 wavelength line, and the line SL and the capacitor Cb form an output filter circuit. The fundamental wave input to the rectifier circuits 21 and 22 is totally reflected by the capacitor Cb, and the standing wave becomes antinode at the cathode end of the diode Da. Further, the impedance when the output filter circuit is viewed from the diode Da seems to be open for the odd harmonics of 3f, 5f, ..., And short-circuited for the even harmonics of 2f, 4f, ... A half-wave harmonic current flows through the diode Da, and the circuit as a whole is double-voltage rectified.

《第3の実施形態》
第3の実施形態では、第1の実施形態で示したアンテナとは構成が異なるアンテナを例示する。
<< Third Embodiment >>
In the third embodiment, an antenna having a configuration different from that of the antenna shown in the first embodiment is exemplified.

図7は第3の実施形態に係る環境センサ203Aの正面図である。環境センサ203Aは、基板9を備え、この基板9の第1面に面状導体10が形成されている。この面状導体10には、それぞれ矩形状の導体開口部H1,H2,H3,H4が形成されている。面状導体10は例えばCu箔をパターンニングしたものである。これら導体開口部H1,H2,H3,H4によって4つのループアンテナが構成されている。つまり、導体開口部H1,H2,H3,H4の内周がそれぞれループアンテナとして作用する。導体開口部H1によって、中心周波数550MHzのアンテナが構成され、導体開口部H2によって、中心周波数920MHzのアンテナが構成され、導体開口部H3によって、中心周波数2.4GHzのアンテナが構成され、導体開口部H4によって、中心周波数5GHzのアンテナが構成される。 FIG. 7 is a front view of the environment sensor 203A according to the third embodiment. The environment sensor 203A includes a substrate 9, and a planar conductor 10 is formed on the first surface of the substrate 9. Rectangular conductor openings H1, H2, H3, and H4 are formed in the planar conductor 10, respectively. The planar conductor 10 is, for example, a Cu foil patterned. Four loop antennas are configured by these conductor openings H1, H2, H3, and H4. That is, the inner circumferences of the conductor openings H1, H2, H3, and H4 each act as a loop antenna. The conductor opening H1 constitutes an antenna having a center frequency of 550 MHz, the conductor opening H2 constitutes an antenna having a center frequency of 920 MHz, the conductor opening H3 constitutes an antenna having a center frequency of 2.4 GHz, and the conductor opening H4 constitutes an antenna. Constructs an antenna with a center frequency of 5 GHz.

図7中で“+”,“-”記号を付した箇所は基板9の第2面にビア導体を介して引き出され、基板9の第2面に形成された整流回路にそれぞれ接続されている。 The parts marked with “+” and “-” symbols in FIG. 7 are drawn out from the second surface of the substrate 9 via a via conductor and are connected to the rectifier circuit formed on the second surface of the substrate 9, respectively. ..

基板9の第1面にはレジスト膜またはカバーレイが設けられていてもよい。また、面状導体10は多層基板の内層の導体層で形成されていてもよい。 A resist film or a coverlay may be provided on the first surface of the substrate 9. Further, the planar conductor 10 may be formed of a conductor layer which is an inner layer of a multilayer substrate.

基板9の第2面には、整流回路以外に昇圧回路、蓄電池も設けられている。環境センサ203Aの全体の構成は図1に示したとおりである。 In addition to the rectifier circuit, a booster circuit and a storage battery are also provided on the second surface of the substrate 9. The overall configuration of the environment sensor 203A is as shown in FIG.

例えば、図7に示した導体開口部H1によるアンテナに接続された整流回路の出力電圧が0.1V、導体開口部H2によるアンテナに接続された整流回路の出力電圧が0.2V、導体開口部H3によるアンテナに接続された整流回路の出力電圧が0.1V、導体開口部H4によるアンテナに接続された整流回路の出力電圧が0.1Vであると、それらの加算電圧である0.5Vが昇圧回路に入力されることになる。 For example, the output voltage of the rectifying circuit connected to the antenna by the conductor opening H1 shown in FIG. 7 is 0.1V, the output voltage of the rectifying circuit connected to the antenna by the conductor opening H2 is 0.2V, and the output voltage of the rectifying circuit by the conductor opening H3 is 0.2V. If the output voltage of the rectifying circuit connected to the antenna is 0.1V and the output voltage of the rectifying circuit connected to the antenna by the conductor opening H4 is 0.1V, 0.5V, which is the added voltage, is input to the booster circuit. Will be.

図8は第3の実施形態に係る別の環境センサ203Bの正面図である。環境センサ203Bは、基板9を備え、この基板9の第1面に面状導体10が形成されている。この面状導体10には、それぞれ矩形状の導体開口部H1~H8が形成されている。これら導体開口部H1~H8によって8つのループアンテナが構成されている。つまり、導体開口部H1~H8の内周がそれぞれループアンテナとして作用する。これらループアンテナはいずれも中心周波数2.4GHzのアンテナとして作用する。 FIG. 8 is a front view of another environment sensor 203B according to the third embodiment. The environment sensor 203B includes a substrate 9, and a planar conductor 10 is formed on the first surface of the substrate 9. Rectangular conductor openings H1 to H8 are formed on the planar conductors 10, respectively. Eight loop antennas are configured by these conductor openings H1 to H8. That is, the inner circumferences of the conductor openings H1 to H8 each act as a loop antenna. All of these loop antennas act as antennas with a center frequency of 2.4 GHz.

図8中で“+”,“-”記号を付した箇所は基板9の第2面にビア導体を介して引き出され、基板9の第2面に形成された整流回路にそれぞれ接続されている。 The parts marked with “+” and “-” symbols in FIG. 8 are drawn out from the second surface of the substrate 9 via a via conductor and are connected to the rectifier circuit formed on the second surface of the substrate 9, respectively. ..

基板9の第2面には、整流回路以外に昇圧回路、蓄電池も設けられている。環境センサ203Bの全体の構成は図1に示したとおりである。 In addition to the rectifier circuit, a booster circuit and a storage battery are also provided on the second surface of the substrate 9. The overall configuration of the environment sensor 203B is as shown in FIG.

図8に示した導体開口部H1~H8によるアンテナに接続された整流回路の出力電圧がそれぞれ例えば0.1Vであると、それらの加算電圧である0.8Vが昇圧回路に入力されることになる。 If the output voltage of the rectifier circuit connected to the antenna by the conductor openings H1 to H8 shown in FIG. 8 is, for example, 0.1V, 0.8V, which is the added voltage thereof, is input to the booster circuit.

第3の実施形態によれば、複数の整流回路又は複数の昇圧回路と共に複数のアンテナを集積化できるので、複数のアンテナの配置スペースが縮小化される。また、面状導体10が、整流回路及び昇圧回路のグランド導体でもあるので、アンテナの相互干渉が抑制される。さらに、開口H1~H4、H1~H8が近接しても、それらアンテナ同士は面状導体10を介して離間しているので、その点でも、アンテナの相互干渉は抑制される。 According to the third embodiment, since the plurality of antennas can be integrated together with the plurality of rectifier circuits or the plurality of booster circuits, the arrangement space of the plurality of antennas is reduced. Further, since the planar conductor 10 is also a ground conductor of the rectifier circuit and the booster circuit, mutual interference of the antennas is suppressed. Further, even if the openings H1 to H4 and H1 to H8 are close to each other, the antennas are separated from each other via the planar conductor 10, so that mutual interference between the antennas is suppressed at that point as well.

最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形及び変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。 Finally, the description of the embodiments described above is exemplary in all respects and not restrictive. Modifications and changes can be made as appropriate for those skilled in the art. The scope of the invention is indicated by the claims, not by the embodiments described above. Further, the scope of the present invention includes modifications from the embodiments within the scope of the claims and within the scope of the claims.

例えば、昇圧回路が充電する素子は二次電池に限らず、電気二重層キャパシタ等の大容量キャパシタであってもよい。 For example, the element charged by the booster circuit is not limited to the secondary battery, and may be a large-capacity capacitor such as an electric double layer capacitor.

また、アンテナはループアンテナ以外にダイポールアンテナやスロットアンテナであってもよい。 In addition to the loop antenna, the antenna may be a dipole antenna or a slot antenna.

また、昇圧回路と蓄電池の組は2組に限らず、3組以上備え、それらの昇圧回路に複数の整流回路の直列出力部の電圧を印加するように構成してもよい。 Further, the set of the booster circuit and the storage battery is not limited to two sets, and three or more sets may be provided, and the voltage of the series output unit of the plurality of rectifier circuits may be applied to the booster circuit.

また、面状導体10は、複数の整流回路又は複数の昇圧回路の一方のグランド導体であってもよい。 Further, the planar conductor 10 may be a ground conductor of one of a plurality of rectifier circuits or a plurality of booster circuits.

また、環境発電装置は環境センサ以外に、所定のタイミングで外部からの操作で表示内容が書き換えられる表示器等、定常時には環境の電磁波エネルギーを蓄電し、必要な時点で短時間に消費する装置に同様に適用できる。 In addition to the environment sensor, the energy harvesting device is a device that stores the electromagnetic wave energy of the environment at normal times and consumes it in a short time at the required time, such as a display whose display contents can be rewritten by external operation at a predetermined timing. It can be applied in the same way.

C1,C2…キャパシタ
Ca,Cb…キャパシタ
Ci…入力キャパシタ
CNT…制御回路
Co…出力キャパシタ
Cout…キャパシタ
D1,D2…整流ダイオード
D3…ダイオード
D14…逆流防止用ダイオード
Da…ダイオード
H1,H2,H3,H4…導体開口部
L1…インダクタ
Q1…スイッチ素子
SL…1/4波長線路
SW…スイッチ回路
9…基板
10…面状導体
11~14…アンテナ
11a,11b,12a,12b,13a,13b,14a,14b…アンテナ導体パターン
21~24…整流回路
21M,22M,23M,24M…整流回路モジュール
31,32…昇圧回路
41,42…蓄電池
50…負荷
101…環境発電装置
201,203A,203B…環境センサ
C1, C2 ... Capacitors Ca, Cb ... Capacitors Ci ... Input capacitors CNT ... Control circuit Co ... Output capacitors Cout ... Capacitors D1, D2 ... Rectifying diodes D3 ... Diodes D14 ... Backflow prevention diodes Da ... Diodes H1, H2, H3, H4 ... Conductor opening L1 ... Capacitor Q1 ... Switch element SL ... 1/4 wavelength line SW ... Switch circuit 9 ... Substrate 10 ... Planar conductors 11-14 ... Antennas 11a, 11b, 12a, 12b, 13a, 13b, 14a, 14b ... Antenna conductor patterns 21 to 24 ... rectifying circuits 21M, 22M, 23M, 24M ... rectifying circuit modules 31, 32 ... boosting circuits 41, 42 ... storage battery 50 ... load 101 ... environmental power generation device 201, 203A, 203B ... environmental sensor

Claims (5)

それぞれ電磁波エネルギーを受ける複数のアンテナと、
前記複数のアンテナにそれぞれ接続され、誘起電力を交流直流変換し、出力部が直列接続された複数の整流回路と、
前記複数の整流回路の直列出力部の電圧をそれぞれ昇圧する複数の昇圧回路と、
前記複数の昇圧回路の出力でそれぞれ充電される複数の蓄電池又は蓄電器と、
前記複数の蓄電池又は蓄電器を直列接続して負荷に接続する接続状態切替回路と、
を備える環境発電装置。
Multiple antennas, each receiving electromagnetic energy,
A plurality of rectifier circuits connected to the plurality of antennas, converted between AC and DC of induced power, and connected in series to the output unit, and a plurality of rectifier circuits.
A plurality of booster circuits that boost the voltage of the series output section of the plurality of rectifier circuits, respectively.
A plurality of storage batteries or capacitors that are charged by the outputs of the plurality of booster circuits, respectively.
A connection state switching circuit that connects a plurality of storage batteries or capacitors in series and connects to a load,
Energy harvesting device equipped with.
前記複数のアンテナは、搬送周波数が互いに異なる複数の搬送周波数の電磁波をそれぞれ受波するアンテナを備える、
請求項1に記載の環境発電装置。
The plurality of antennas include antennas that receive electromagnetic waves having a plurality of carrier frequencies having different carrier frequencies.
The energy harvesting device according to claim 1.
前記複数のアンテナそれぞれは導体膜又は導体層で構成される共通の面状導体に接続されるループアンテナである、
請求項1又は2に記載の環境発電装置。
Each of the plurality of antennas is a loop antenna connected to a common planar conductor composed of a conductor film or a conductor layer.
The energy harvesting device according to claim 1 or 2.
前記複数のアンテナそれぞれは導体膜又は導体層で構成される共通の面状導体で形成されるループアンテナである、
請求項1又は2に記載の環境発電装置。
Each of the plurality of antennas is a loop antenna formed of a common planar conductor composed of a conductor film or a conductor layer.
The energy harvesting device according to claim 1 or 2.
前記面状導体は、前記複数の整流回路のグランド導体若しくは前記複数の昇圧回路のグランド導体、又は前記複数の整流回路のグランド導体及び前記複数の昇圧回路のグランド導体である、
請求項3又は4に記載の環境発電装置。
The planar conductor is a ground conductor of the plurality of rectifier circuits or a ground conductor of the plurality of booster circuits, or a ground conductor of the plurality of rectifier circuits and a ground conductor of the plurality of booster circuits.
The energy harvesting device according to claim 3 or 4.
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