特許 7015057 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-01-25

(45)【発行日】2022-02-02

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 9/26 20060101AFI20220126BHJP

   H01Q 19/24 20060101ALI20220126BHJP

   H01Q 1/50 20060101ALI20220126BHJP

【ＦＩ】

H01Q9/26

H01Q19/24

H01Q1/50

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2018158661

(22)【出願日】2018-08-27

(65)【公開番号】P2020036098

(43)【公開日】2020-03-05

【審査請求日】2021-02-19

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２８年度～平成３０年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「ＩｏＴ推進のための横断技術開発プロジェクト／超低消費電力データ収集システムの研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】593165487

【氏名又は名称】学校法人金沢工業大学

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】村田 眞司

(72)【発明者】

【氏名】鴫原 亮

(72)【発明者】

【氏名】野口 啓介

【審査官】鈴木 肇

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－０９２８０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第２００７－００９９４２２（ＫＲ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１４９２９３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－１１９８３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭４９－１２７５４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国登録特許第１０２１９３４（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】中国特許出願公開第１０６２０７４２２（ＣＮ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第２００７－００４２７４２（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２００４－３２８３６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｑ １／００－２５／０４

Ｈ０２Ｊ ５０／００－５０／９０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

３本以上の第１導体であって、各第１導体は、受信する電波の周波数における自由空間波長における半波長に対応する長さを有する本体部と、前記本体部の一端に接続される第１接続部と、前記本体部の他端に接続される第２接続部とを有し、空間的に隣り合うように配置される３本以上の第１導体と、
前記３本以上の第１導体の本体部に囲まれる空間内に位置し、第１給電点から延在し、前記３本以上の第１導体の第１接続部に接続される第１素子と、前記第１給電点と平衡端子を構成する第２給電点から延在し、前記３本以上の第１導体の第２接続部に接続される第２素子とを有し、各第１導体と折返しダイポールアンテナを構成する第２導体と、
前記第１給電点及び前記第２給電点に接続される整流回路と
を含む、電力変換装置。

【請求項2】

前記整流回路から前記第２導体及び前記３本以上の第１導体を見たインピーダンスが、１０ｋΩ以上である、請求項１記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記第１導体は、１０本以下である、請求項１又は２記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記３本以上の第１導体の各々の本体部の第１線幅をｒ１、前記第２導体の線幅をｒ２とすると、ｒ１／ｒ２≧１である、請求項１乃至３のいずれか一項記載の電力変換装置。

【請求項5】

前記第１導体及び前記第２導体の幅ｒは、受信する電波の周波数をＦ（ＭＨｚ）とすると、（０.３３×Ｆ）／１０００＜ｒである、請求項１乃至４のいずれか一項記載の電力変換装置。

【請求項6】

前記３本以上の第１導体の本体部同士の間隔ｈは、受信する電波の周波数における電気長をλｅとすると、λｅ／３０＜ｈ＜λｅ／１２である、請求項１乃至５のいずれか一項記載の電力変換装置。

【請求項7】

前記第２導体の前記第１素子及び前記第２素子は、直線状に延在しており、
各第１導体において、前記第１接続部は、前記第２導体の延在方向に対して所定角度の方向に延在し、前記本体部は、前記第２導体に沿って延在し、前記第２接続部は、前記第２導体の延在方向に対して前記所定角度で延在する、請求項１乃至６のいずれか一項記載の電力変換装置。

【請求項8】

前記第１導体の本体部は、前記第２導体に平行である、請求項７記載の電力変換装置。

【請求項9】

前記所定角度は９０度である、請求項７又は８記載の電力変換装置。

【請求項10】

前記３本以上の第１導体は、前記第１導体の本体部の延在方向から見て、前記第２導体を中心として、同一円周上に等角度で配置される、請求項７乃至９のいずれか一項記載の電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、基板の一主面に、平衡二線型のアンテナ、平衡二線線路、整流回路、直流出力部を形成し、整流回路は、直流遮断用キャパシタと、ショットキーバリアダイオードと、平滑用キャパシタを含んでおり、ショットキーバリアダイオードと平滑用キャパシタとの間隔を、受信するマイクロ波の波長をλｇとして、λｇ／２２．５～λｇ／１４としたレクテナ装置がある（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００７－１１６５１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、従来のレクテナ装置は、周囲の電波強度が弱い場合に、十分な発電電圧を得るのが難しかった。その理由のひとつは、従来のレクテナ装置のインピーダンスが十分に大きくなかったためである。

【0005】

そこで、十分に大きなインピーダンスを有する電力変換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】

【0006】

本発明の実施の形態の電力変換装置は、３本以上の第１導体であって、各第１導体は、受信する電波の周波数における自由空間波長における半波長に対応する長さを有する本体部と、前記本体部の一端に接続される第１接続部と、前記本体部の他端に接続される第２接続部とを有し、空間的に隣り合うように配置される３本以上の第１導体と、前記３本以上の第１導体の本体部に囲まれる空間内に位置し、第１給電点から延在し、前記３本以上の第１導体の第１接続部に接続される第１素子と、前記第１給電点と平衡端子を構成する第２給電点から延在し、前記３本以上の第１導体の第２接続部に接続される第２素子とを有し、各第１導体と折返しダイポールアンテナを構成する第２導体と、前記第１給電点及び前記第２給電点に接続される整流回路とを含む。

【発明の効果】

【0007】

十分に大きなインピーダンスを有する電力変換装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態の折返しダイポールアンテナ１００を含む電力変換装置３００を示す図である。

【図2】４個のエレメント１１０を含む折返しダイポールアンテナ１００の構成を示す図である。

【図3】シミュレーション結果を示す図である。

【図4】折返しダイポールアンテナ１００のシミュレーション結果を示す図である。

【図5】折返しダイポールアンテナ１００における本体部１１１の半径ｒ１とエレメント１２０の半径ｒ２との比ｒ１／ｒ２に対するステップアップ比ｎ^２の特性を示す図である。

【図6】折返しダイポールアンテナ１００における本体部１１１及びエレメント１２０の半径ｒに対するステップアップ比ｎ^２の特性を示す図である。

【図7】折返しダイポールアンテナ１００における間隔ｈに対するステップアップ比ｎ^２の特性を示す図である。

【図8】折返しダイポールアンテナ１００のシミュレーション結果を示す図である。

【図9】ダイポールアンテナ１００の各部の寸法を示す図である。

【図10】実施の形態の折返しダイポールアンテナ１００Ｍ１を含む電力変換装置３００Ｍ１を示す図である。

【図11】実施の形態の折返しダイポールアンテナ１００Ｍ２を含む電力変換装置３００Ｍ２を示す図である。

【図12】折返しダイポールアンテナ１００Ｍ３の構成を示す図である。

【図13】折返しダイポールアンテナ１００Ｍ４の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の電力変換装置を適用した実施の形態について説明する。

【0010】

＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態の折返しダイポールアンテナ１００を含む電力変換装置３００を示す図である。

【0011】

電力変換装置３００は、折返しダイポールアンテナ１００と整流回路２００とを含む。電力変換装置３００は、折返しダイポールアンテナ１００が受信した電波の高周波電力を整流回路２００で直流電力に変換して出力する。

【0012】

折返しダイポールアンテナ１００は、誘導性のインピーダンス特性を有する。このため、電力変換装置３００は、折返しダイポールアンテナ１００、及び整流回路２００の他にフィルタを含まなくても、容量性のインピーダンスを示す整流回路２００と折返しダイポールアンテナ１００とのインピーダンス整合を取ることができる。以下、この詳細について説明する。

【0013】

折返しダイポールアンテナ１００は、Ｎ個のエレメント１１０と、１個のエレメント１２０とを有する。Ｎは３以上の整数である。すなわち、折返しダイポールアンテナ１００は、３個以上のエレメント１１０を含む。

【0014】

図１では、折返しダイポールアンテナ１００は、一例として、銅製の金属棒を組み合わせることによって作製されている。しかしながら、折返しダイポールアンテナ１００は、銅以外の金属製であってもよく、また、基板等の表面に金属箔をパターニングすることによって作製されてもよい。

【0015】

エレメント１１０は、本体部１１１と接続部１１２、１１３とを有する。エレメント１１０は、第１導体の一例である。Ｎ個のエレメント１１０は、エレメント１２０の中心軸Ｃを中心軸とする仮想的な円筒の外周面上に本体部１１１の中心軸が位置するように、かつ、隣り合う本体部１１１同士の円周方向における角度θが等しくなるように配置されている。すなわち、Ｎ個のエレメント１１０は、本体部１１１がエレメント１２０の中心軸Ｃを中心軸とする仮想的な円筒の外周面上に等間隔で配置されるように、配列されている。

【0016】

Ｎ個のエレメント１１０は、互いに等しい構成を有するため、ここでは１個のエレメント１１０について説明する。

【0017】

本体部１１１は、端部１１１Ａ及び１１１Ｂを有する。接続部１１２は、端部１１１Ａとエレメント１２０の端部１２２Ａとを接続し、接続部１１３は、端部１１１Ｂとエレメント１２０の端部１２２Ｂとを接続する。

【0018】

本体部１１１は、端部１１１Ａ及び１１１Ｂを両端として、細長い円柱状のエレメント１２０の中心軸Ｃに平行に延在している。本体部１１１は、エレメント１２０と平行に配置されている。

【0019】

本体部１１１の長さＬは、折返しダイポールアンテナ１００が受信する電波の自由空間波長λ_０の約半波長（約λ_０／２）に対応する長さに設定される。これは、エレメント１１０が折返しダイポールアンテナ１００の全長（エレメント１２０の中心軸方向の端から端までの長さ）に対応する部分だからである。

【0020】

ここで、電波の自由空間波長λ_０の半波長（λ_０／２）に対応する長さとは、厳密に電波の自由空間波長λ_０の半波長（λ_０／２）には限らず、折返しダイポールアンテナ１００として機能させるための調整において、半波長（λ_０／２）よりも少し短くされる場合の長さを含む意味である。

【0021】

また、エレメント１１０の本体部１１１の素子幅（円柱形状の直径）は、エレメント１２０の素子幅（円柱形状の直径）よりも太くされており、本体部１１１の半径はエレメント１２０の半径より大きく形成されている。折返しダイポールアンテナ１００では、エレメント１２０の素子幅に対するエレメント１１０の素子幅でインピーダンスが決まる。エレメント１２０の素子幅よりもエレメント１１０の素子幅を太くすることにより、折返しダイポールアンテナ１００のインピーダンスを増大させることができる。

【0022】

なお、エレメント１１０、１２０が基板の表面の金属箔で構成される場合には、エレメント１１０の本体部１１１の厚さに対する素子幅が、エレメント１２０の厚さに対する素子幅よりも太くされていればよい。

【0023】

エレメント１２０は、エレメント１２０Ａ及び１２０Ｂを有する。エレメント１２０は、第２導体の一例である。

【0024】

エレメント１２０Ａは、給電点１２１Ａ及び端部１２２Ａを有する。エレメント１２０Ａは、第１素子の一例である。給電点１２１Ａは、第１給電点の一例である。端部１２２Ａは、第１端部の一例である。エレメント１２０Ａは、エレメント１１０の本体部１１１に平行である。給電点１２１Ａは、整流回路２００の端子２０１に接続される。

【0025】

エレメント１２０Ｂは、給電点１２１Ｂ及び端部１２２Ｂを有する。エレメント１２０Ｂは、第２素子の一例である。給電点１２１Ｂは、第２給電点の一例であり、エレメント１２０の中心軸Ｃに垂直な軸を対称軸として、給電点１２１Ａと点対称になる位置に配置されている。端部１２２Ｂは、第２端部の一例である。

【0026】

給電点１２１Ａ及び１２１Ｂは、平衡端子の一例である。給電点１２１Ａ及び１２１Ｂには、整流回路２００の端子２０１、２０２が接続される。給電点１２１Ａ及び１２１Ｂと整流回路２００の端子２０１、２０２との間は、例えば、最短距離で銅箔パターン等により接続すればよい。図１では、給電点１２１Ａ及び１２１Ｂと整流回路２００の端子２０１、２０２との接続部を２本の破線で示す。

【0027】

エレメント１２０Ｂは、エレメント１１０の本体部１１１に平行である。給電点１２１Ｂは、整流回路２００の端子２０２に接続される。

【0028】

エレメント１２０Ｂは、平面視において、給電点１２１Ａ及び１２１Ｂの対称軸に対して、エレメント１２０Ａと線対称になるように配置されている。エレメント１２０Ｂの長さは、エレメント１２０Ａの長さと等しい。端部１２２Ａから１２２Ｂまでの長さは、１０００ＭＨｚにおける電気長λeの１／２（λe／２）である。この長さは、給電点１２１Ａ及び１２１Ｂの間隔を含む長さであり、換言すれば、端部１２２Ａと端部１２２Ｂとの間の距離である。

【0029】

整流回路２００は、インピーダンスが高いため、整流回路２００の容量性のインピーダンスと、折返しダイポールアンテナ１００の誘導性のインピーダンスとを整合させるには、折返しダイポールアンテナ１００のインピーダンスを高くする必要がある。

【0030】

このため、エレメント１１０の素子幅が、エレメント１２０の素子幅よりも太くなるようにしている。折返しダイポールアンテナ１００のインピーダンスと、整流回路２００のインピーダンスとを共役整合させることにより、整流回路２００での整流効率を増大させることができる。

【0031】

整流回路２００は、端子２０１、２０２、キャパシタ２１１、２１２、２１３、２１４、ダイオード２２１、２２２、２２３、２２４、及び出力端子２３１、２３２を含む。整流回路２００は、一例として、コッククロフト・ウォルトン型の整流回路である。

【0032】

端子２０１には、キャパシタ２１１、２１２が直列に接続されており、端子２０２には、キャパシタ２１３、２１４が直列に接続されている。また、ダイオード２２１、２２２、２２３、２２４は、図１に示すように、キャパシタ２１１、２１２、２１３、２１４の間でたすき掛け状に接続されている。

【0033】

整流回路２００は、折返しダイポールアンテナ１００から入力される高周波電力を直流電圧に変換して、出力端子２３１、２３２から出力する。このような整流回路２００のインピーダンスはダイオード２２１、２２２、２２３、２２４の端子間容量の影響で容量性である。

【0034】

また、本実施例の折返しダイポールアンテナ１００は、誘導性のインピーダンス特性を有するため、電力変換装置３００にはフィルタを設けていないが、フィルタを設けてもよい。その場合には、折返しダイポールアンテナ１００のインピーダンスは必ずしも誘導性とする必要はなく、抵抗性、あるいは、容量性であってもよい。

【0035】

図２は、４個のエレメント１１０を含む折返しダイポールアンテナ１００の構成を示す図である。図２には、エレメント１１０の本体部１１１及び接続部１１２と、エレメント１２０とをを示す。

【0036】

ここで、本体部１１１の端部１１１Ａ及び１１１Ｂの間の長さ（外寸）を１５０ｍｍ、給電点１２１Ａ、１２１Ｂの間隔を５ｍｍ、給電点１２１Ａから端部１２２Ａまでの長さを７２．５ｍｍ、給電点１２１Ｂから端部１２２Ｂまでの長さを７２．５ｍｍとしてシミュレーションを行った。

【0037】

図３は、シミュレーション結果を示す図である。図３（Ａ）には、本体部１１１の半径ｒ１とエレメント１２０の半径ｒ２を０．１２５ｍｍに固定して、本体部１１１の表面とエレメント１２０の表面の間隔（最短距離）ｈを２ｍｍから１２ｍｍまで変化させた場合の給電点１２１Ａ、１２１Ｂから見た折返しダイポールアンテナ１００ＭのインピーダンスＲ_０（Ω）を示す。

【0038】

図３（Ａ）に示すように、間隔ｈが狭まるにつれてインピーダンスＲ_０（Ω）が大きくなることが分かった。このシミュレーション条件で１０ｋΩ以上にするには、間隔ｈが約２．５ｍｍ以下にすればよいことが分かった。なお、従来の構成でも５ｋΩ程度インピーダンスのアンテナを得る事は可能であった為、実施例においては１０ｋΩ以上のインピーダンスのアンテナを得る事を想定した。

【0039】

図３（Ｂ）には、本体部１１１の表面とエレメント１２０の表面の間隔（最短距離）ｈを６ｍｍに固定し、かつ、エレメント１２０の半径ｒ２を０．１２５ｍｍに固定した条件で、本体部１１１の半径ｒ１とエレメント１２０の半径ｒ２との比ｒ１／ｒ２を変化させた場合のインピーダンスＲ_０（Ω）を示す。

【0040】

インピーダンスＲ_０が１０ｋΩ以上になるのは、本体部１１１の半径ｒ１とエレメント１２０の半径ｒ２との比ｒ１／ｒ２が１．３以上の場合であることが分かった。

【0041】

なお、ここでは、エレメント１１０が４個の場合のシミュレーション結果について説明したが、エレメント１１０が異なっても、同様の傾向が見られることを確認することができた。

【0042】

図４は、折返しダイポールアンテナ１００のシミュレーション結果を示す図である。折返しダイポールアンテナ１００が１０００ＭＨｚの電波を受信する条件において、エレメント１１０の本体部１１１のＹ軸方向の長さＬ、本体部１１１の半径ｒ１、エレメント１２０の半径ｒ２、本体部１１１とエレメント１２０との間隔ｈを図４に示すような２種類の値に設定したところ、給電点１２１Ａ、１２１Ｂから見た折返しダイポールアンテナ１００のインピーダンスＲ_０（Ω）とバンド幅ＢＷは、図４に示すような結果になった。なお、バンド幅ＢＷは、ＶＳＷＲが２以下になる部分の帯域を１０００ＭＨｚに対する百分率として示す。

【0043】

例１のサンプルと例２のサンプルとの違いは、エレメント１２０の半径ｒ２であり、例１では０．５ｍｍ、例２では０．１２５ｍｍである。

【0044】

例１のインピーダンスＲ_０は、１２．０Ｋ（Ω）であり、バンド幅ＢＷは２．５％であり、例２のインピーダンスＲ_０は、２４．１Ｋ（Ω）であり、バンド幅ＢＷは１．８％であった。このように、エレメント１２０の半径ｒ２が太い方が、インピーダンスＲ_０が小さくなる傾向を示すことが分かった。また、エレメント１２０の半径ｒ２が太い方が、バンド幅ＢＷが狭くなる傾向を示すことが分かった。

【0045】

図５は、折返しダイポールアンテナ１００における本体部１１１の直径ｒ１とエレメント１２０の直径ｒ２との比ｒ１／ｒ２に対するステップアップ比ｎ^２の特性を示す図である。ここで、本体部１１１の長さＬを１５０ｍｍ、間隔ｈを２ｍｍとした。また、折返しダイポールアンテナ１００が受信する電波は１０００ＭＨｚとした。

【0046】

ここで、ステップアップ比ｎ^２とは、一般的なダイポールアンテナのインピーダンスに対する折返しダイポールアンテナ１００のインピーダンスＲ_０の比（増大分）を表す。ここでは、ステップアップ比ｎ^２が１３７のときに、インピーダンスＲ_０が１０ｋΩになることとする。

【0047】

直径ｒ１とエレメント１２０の直径ｒ２との比ｒ１／ｒ２を振ったところ、図５に示すように、比ｒ１／ｒ２が１以上のときに、ステップアップ比ｎ^２が１３７以上になることが分かった。また、比ｒ１／ｒ２が４までは増加するが、それ以上になると減少傾向を示すことがわかった。

【0048】

なお、ここでは受信する電波が１０００ＭＨｚである場合のシミュレーション結果について説明したが、電波の周波数が異なっても、同様の傾向を示すことが確認できた。

【0049】

図６は、折返しダイポールアンテナ１００における本体部１１１及びエレメント１２０の半径ｒに対するステップアップ比ｎ^２の特性を示す図である。ここでは、本体部１１１の半径ｒ１とエレメント１２０の半径ｒ２とが等しく、ともに半径ｒとして示す。ここで、本体部１１１の長さＬを１５０ｍｍ、間隔ｈを６ｍｍとした。なお、折返しダイポールアンテナ１００が受信する電波は１０００ＭＨｚとした。

【0050】

半径ｒを振ったところ、図６に示すように、半径ｒの増大に伴ってステップアップ比ｎ^２が増大する特性が得られた。すなわち、半径ｒの増大に伴って折返しダイポールアンテナ１００のインピーダンスＲ_０が増大することが分かった。

【0051】

インピーダンスＲ_０が１０ｋΩ以上になるには、ステップアップ比ｎ^２が１３７以上であればよいため、半径ｒが０．３３ｍｍ以上であればよいことが分かった。０．３３ｍｍは、１０００ＭＨｚにおける電気長λeの１／９０である。

【0052】

なお、ここでは受信する電波が１０００ＭＨｚである場合のシミュレーション結果について説明したが、電波の周波数が異なっても、同様の傾向を示すことが確認できた。

【0053】

このため、折返しダイポールアンテナ１００が受信する電波の周波数をＦ（ＭＨｚ）として半径ｒを式で表すと、（０.３３（ｍm）×Ｆ（ＭＨｚ））／１０００（ＭＨｚ）＜ｒ（ｍｍ）となる。以上より、半径ｒは、（０.３３×Ｆ）／１０００＜ｒであればよいことが分かった。

【0054】

図７は、折返しダイポールアンテナ１００における間隔ｈに対するステップアップ比ｎ^２の特性を示す図である。ここで、本体部１１１の長さＬを１５０ｍｍ、半径ｒ１、ｒ２をともに０．１２５ｍｍとした。なお、折返しダイポールアンテナ１００が受信する電波は１０００ＭＨｚとした。

【0055】

間隔ｈは、折返しダイポールアンテナ１００におけるエレメント１２０とエレメント１１０の本体部１１１との間隔（最短距離）である。

【0056】

間隔ｈを１ｍｍから１２ｍｍまで振ったところ、ステップアップ比ｎ^２が１３７以上３００未満になるのは、間隔ｈが１ｍｍから２．５ｍｍの範囲であった。このため、間隔ｈが１ｍｍから２．５ｍｍの範囲であることが好ましいことが分かった。

【0057】

１０００ＭＨｚにおける１ｍｍは電気長λｅの１／３０に相当し、２．５mmは電気長λｅの１／１２に相当する。このため、間隔ｈは、λｅ／３０≦ｈ≦λｅ／１２であればよいことが分かった。

【0058】

なお、ここでは受信する電波が１０００ＭＨｚである場合のシミュレーション結果について説明したが、電波の周波数が異なっても、同様の傾向を示すことが確認できた。このため、１０００ＭＨｚ以外の周波数であっても、間隔ｈは、λｅ／３０≦ｈ≦λｅ／１２であればよい。

【0059】

図８は、折返しダイポールアンテナ１００のシミュレーション結果を示す図である。折返しダイポールアンテナ１００が１０００ＭＨｚの電波を受信する条件において、エレメント１１０の本体部１１１のＹ軸方向の長さＬ、本体部１１１の半径ｒ１、エレメント１２０の半径ｒ２、本体部１１１とエレメント１２０との間隔ｈを図８の例３に示すような値に設定したところ、給電点１２１Ａ、１２１Ｂから見た折返しダイポールアンテナ１００のインピーダンスＲ_０（Ω）は３２．０ｋΩ、バンド幅ＢＷは０．５％であった。

【0060】

図４に示す例１、２よりも本体部１１１の半径ｒ１とエレメント１２０の半径ｒ２が太いが、主に本体部１１１の半径ｒ１を太くしたことによって、エレメント１１０とエレメント１２０の結合が増えて、図４に示す例１、２よりもインピーダンスＲ_０が大きくなったものと考えられる。

【0061】

折返しダイポールアンテナ１００を９２０ＭＨｚと２．４５ＧＨｚの電波を受信する構成にすると、各部の寸法は、図９のようになる。

【0062】

本体部１１１Ｍ－１～１１１Ｍ－４の端部１１１ＭＡ、１１１ＭＢ間の長さＬは、９２０ＭＨｚでは１６３ｍｍ、２．４５ＧＨｚでは６１ｍｍ、給電点１２１Ａ、１２１Ｂの間隔ｗｆは、９２０ＭＨｚでは５．４ｍｍ、２．４５ＧＨｚでは２ｍｍ、本体部１１１Ｍ－１～１１１Ｍ－４の半径ｒ１は、９２０ＭＨｚでは０．１３５ｍｍ、２．４５ＧＨｚでは０．０５ｍｍ、本体部１１１Ｍ－１、１１１Ｍ－２とエレメント１２０との間隔ｈは、９２０ＭＨｚでは６．５ｍｍ、２．４５ＧＨｚでは２．４４ｍｍとなった。なお、本体部１１１Ｍ－１と１１１Ｍ－４との間隔、及び、本体部１１１Ｍ－２と１１１Ｍ－３との間隔は、ともに２ｈである。

【0063】

以上のように、実施の形態によれば、エレメント１２０の周囲に配置した３個（３本）以上のエレメント１１０を含むことにより、給電点１２１Ａ、１２１Ｂから見たインピーダンスが非常に大きい折返しダイポールアンテナ１００が得られた。これは、エレメント１１０の本数を増やすことによって、エレメント１２０との結合が増大したためである。

【0064】

したがって、実施の形態によれば、十分に大きなインピーダンスを有する電力変換装置３００を提供することができる。

【0065】

なお、以上では、折返しダイポールアンテナ１００のエレメント１１０の本体部１１１同士の円周方向における角度θが等しい形態について説明したが、必ずしも等間隔ではなくてもよい。ただし、３本以上のエレメント１１０とエレメント１２０との結合を増大させる観点からは、３本以上のエレメント１１０は、本体部１１１が同一平面上に（二次元的に）配置されるのではなく、３次元的に配置されることが好ましい。

【0066】

また、以上では、エレメント１１０の接続部１１２、１１３が本体部１１１に対して９０度の角度で接続されており、かつ、エレメント１２０に対して９０度の角度で接続される形態について説明した。しかしながら、接続部１１２、１１３は、９０度以外の角度で本体部１１１又はエレメント１２０に接続される構成であってもよい。

【0067】

また、接続部１１２、１１３は、直線状ではなく湾曲していてもよい。また、本体部１１１も直線状には限られず、例えば端部１１１Ａ、１１１Ｂ側が湾曲しているような形状であってもよい。

【0068】

また、接続部１１２、１１３は、本体部１１１の端部１１１Ａ、１１１Ｂよりも中央側にオフセットした位置で、本体部１１１に接続されていてもよい。同様に、接続部１１２、１１３は、エレメント１２０の端部１２２Ａ、１２２Ｂよりも中央側にオフセットした位置で、エレメント１２０に接続されていてもよい。

【0069】

また、図１のようにＮ個のエレメント１１０がある場合に、１個のエレメント１１０の接続部１１２、１１３がエレメント１２０の端部１２２Ａ、１２２Ｂに接続され、残りのＮ－１個のエレメント１１０の接続部１１２、１１３は、１個のエレメント１１０の接続部１１２、１１３を介して、エレメント１２０の端部１２２Ａ、１２２Ｂに接続されていてもよい。

【0070】

また、以上では、エレメント１１０の数Ｎが３以上である形態について説明したが、エレメントの数Ｎの上限は、１０であってもよい。エレメント１１０が１０本あれば、エレメント１１０と十分に高い結合が得られており、また、１０本までにしておいた方が製造が容易だからである。また、エレメント１１０が１０本の場合の放射効率は、エレメント１１０が３本の場合の放射効率の約８０％であり、実用性を考慮した場合の実質的な下限であり、これ以上増やすと、放射効率がさらに低下するからである。

【0071】

なお、折返しダイポールアンテナ１００は、以下で図１０乃至図１３に示すように変形してもよい。

【0072】

図１０は、実施の形態の折返しダイポールアンテナ１００Ｍ１を含む電力変換装置３００Ｍ１を示す図である。図１０（Ａ）は分解図を示し、図１０（Ｂ）は組み立てた状態を示す。以下では、ＸＹＺ座標系を用いて説明する。

【0073】

電力変換装置３００Ｍ１は、折返しダイポールアンテナ１００Ｍ１と整流回路２００とを含む。折返しダイポールアンテナ１００Ｍ１は、基板１３０Ａ、１３０Ｂに実装されており、基板１３０Ａ、１３０Ｂの表面に形成される金属箔によって構成される点が図１の折返しダイポールアンテナ１００と異なる。

【0074】

基板１３０Ａ、１３０Ｂは、例えば、テフロン（登録商標）基板又はＰＰＥ(Polyphenylene Ether: ポリフェニレンエーテル)基板のように誘電体損失の低い基板である。また、基板１３０Ａ、１３０Ｂは、テフロン基板又はＰＰＥ基板に限らず、例えばＦＲ－４(Flame Retardant type 4)規格の配線基板やその他の形式の基板やフレキシブル基板であってもよい。

【0075】

基板１３０Ａは、ＸＹ平面に平行であり、Ｚ軸方向の厚さを有する。基板１３０Ａは、Ｙ軸負方向側の端部のＸ軸方向の幅の中心に設けられる切り欠き部１３１Ａと、Ｙ軸正方向側の端部のＸ軸方向の幅の中心に設けられる切り欠き部１３２Ａとを有する。

【0076】

基板１３０Ｂは、ＹＺ平面に平行であり、Ｘ軸方向の厚さを有する。基板１３０Ｂは、Ｙ軸負方向側からＹ軸正方向側にわたって、Ｚ軸方向の幅の中心においてＸ軸方向に貫通するスリット１３１Ｂを有する。スリット１３１ＢのＹ軸方向の長さは、基板１３０Ａの切り欠き部１３１Ａ及び１３２Ａの間の長さに対応している。また、スリット１３１ＢのＺ軸方向の幅は、基板１３０ＡのＺ軸方向の厚さに対応している。なお、基板１３０Ａ、１３０Ｂの厚さは、一例として、０．５ｍｍである。

【0077】

折返しダイポールアンテナ１００Ｍ１は、４個のエレメント１１０と、１個のエレメント１２０とを有する。図１と同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。また、４個のエレメント１１０を区別する場合には、１１０－１～１１０－４と称す。

【0078】

エレメント１１０－１、１１０－３とエレメント１２０とは、基板１３０ＡのＺ軸正方向側の表面に設けられている。エレメント１１０－１、１１０－３とエレメント１２０とは、一例として、基板１３０Ａの表面に設けられた銅箔をパターニングすることによって作製される。

【0079】

エレメント１１０－１、１１０－３とエレメント１２０は、エレメント１１０－１及び１１０－３の接続部１１２同士を接続するとともに、接続部１１３同士を接続した矩形環状のパターンのＸ軸方向の幅の中心に、エレメント１２０の端部１２２Ａ及び１２２Ｂを接続するようにパターニングすることによって作製される。

【0080】

矩形環状のエレメント１１０－１及び１１０－３の接続部１１２同士の接続点（切り欠き部１３２Ａのそばに位置する部分）には、エレメント１２０の端部１２２Ａが接続され、エレメント１１０－１及び１１０－３の接続部１１３の接続点（切り欠き部１３１Ａのそばに位置する部分）同士には、エレメント１２０の端部１２２Ｂが接続される。

【0081】

エレメント１１０－２、１１０－４は、基板１３０ＢのＸ軸正方向側の表面に設けられている。エレメント１１０－２、１１０－４は、エレメント１１０－２及び１１０－４の接続部１１２同士を接続するとともに、接続部１１３同士を接続した矩形環状にパターニングされる。

【0082】

エレメント１１０の線幅ｗ１は、素子幅を示し、線幅ｗ１は図１及び図２に示すエレメント１１０の本体部１１１の半径ｒ１の２倍に相当する。同様に、エレメント１２０の線幅ｗ２は、素子幅を示し、線幅ｗ２は図１及び図２に示すエレメント１２０の半径ｒ２の２倍に相当する。
なお、エレメント１１０－１～１１０－４の厚さは、一例として、１８μｍである。

【0083】

基板１３０Ａ、１３０Ｂの平面視でのサイズは、互いに等しく、それぞれ、エレメント１１０－１及び１１０－３の矩形環状のパターンと、エレメント１１０－２及び１１０－４の矩形環状のパターンとを配置できるサイズであればよい。

【0084】

このようにエレメント１１０－１、１１０－３とエレメント１２０を設けた基板１３０Ａを基板１３０Ｂのスリット１３１Ｂの内部に挿入し、基板１３０Ａの切り欠き部１３１Ａを基板１３０Ｂのスリット１３１ＢのＹ軸負方向側の端部に係合させた状態で、切り欠き部１３２Ａをスリット１３１Ｂに挿入すれば、図１０（Ｂ）に示すように基板１３０Ａ及び１３０Ｂを組み付けることができる。

【0085】

なお、エレメント１２０の端部１２２Ａと、エレメント１１０-２及び１１０－４の接続部１１２同士の接続点との電気的な接続を確保するために、この部分をはんだで接合してもよい。同様に、エレメント１２０の端部１２２Ｂと、エレメント１１０-２及び１１０－４の接続部１１３同士の接続点との電気的な接続を確保するために、この部分をはんだで接合してもよい。

【0086】

なお、前記折返しダイポールアンテナ１００においては図６に示したようにインピーダンスＲ_０が１０ｋΩ以上になるには、ステップアップ比ｎ^２が１３７以上であればよいため、半径ｒが０．３３ｍｍ以上とすればよく、０．３３ｍｍは、１０００ＭＨｚにおける電気長λeの１／９０に相当する。ところで、電気長λeは、基板１３０Ａ、１３０Ｂに設けられるエレメント１１０、１２０のような伝送媒体中を伝送される電磁波の波長であり、基板１３０Ａ、１３０Ｂの比誘電率等によって短縮率が異なる。この短縮率によって電気長λeのλeの１／９０は短縮される。よって本実施の形態の折返しダイポールアンテナ１００Ｍ１の小型化が可能となる。

【0087】

図１１は、実施の形態の折返しダイポールアンテナ１００Ｍ２を含む電力変換装置３００Ｍ２を示す図である。図１１（Ａ）は分解図を示し、図１１（Ｂ）は組み立てた状態を示す。以下では、ＸＹＺ座標系を用いて説明する。

【0088】

折返しダイポールアンテナ１００Ｍ２は、図１０に示す折返しダイポールアンテナ１００Ｍ１から基板１３０Ｂを取り除いた構成を有する。この場合には、エレメント１１０－２、１１０－４は、針金のように剛性のある金属部材で構成すればよい。また、エレメント１１０－２、１１０－４は、例えば、図示しない筐体の内面等に形成される金属箔等であってもよい。

【0089】

また、図１２に示す折返しダイポールアンテナ１００Ｍ３のような構成であってもよい。折返しダイポールアンテナ１００Ｍ３は、直方体状の筐体１３０Ｍの６面のうち、形状が等しい４つの面のうちの１つの中央部に整流回路２００を設け、形状が等しい４つの面の境界になる４辺に、エレメント１１０Ｍの円柱状の本体部１１１Ｍ－１～１１１Ｍ４を配置した構成を有する。４本の本体部１１１Ｍ－１～１１１Ｍ４は、図１０の接続部１１２、１１３に対応する４本の接続部１１２Ｍ、１１３Ｍによって接続されている。

【0090】

本体部１１１Ｍ－１～１１１Ｍ４のうち、本体部１１１Ｍ－１、１１１Ｍ－２は、本体部１１１Ｍ－３、１１１Ｍ－４よりもエレメント１２０に近い構成になる。

【0091】

また、図１３（Ａ）に示すダイポールアンテナ１００Ｍ４のように、３本のエレメント１１０Ｍとエレメント１２０とフレキシブル基板１５０に設け、図１３（Ｂ）に示すように円柱状に丸めてもよい。

【0092】

以上、本発明の例示的な実施の形態の電力変換装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

【符号の説明】

【0093】

１００、１００Ｍ１、１００Ｍ２、１００Ｍ３、１００Ｍ４ 折返しダイポールアンテナ
１１０、１１０Ｍ、１２０、１２０Ａ、１２０Ｂ エレメント
１１１、１１１Ｍ－１～１１１Ｍ４ 本体部
１１２、１１３ 接続部
１２１Ａ、１２１Ｂ 給電点
１２２Ａ、１２２Ｂ 端部
２００ 整流回路
３００ 電力変換装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】