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トランス及び該トランスを用いたレクテナ 新技術説明会

国内特許コード P180015739
整理番号 1923
掲載日 2018年12月20日
出願番号 特願2017-090568
公開番号 特開2018-190800
出願日 平成29年4月28日(2017.4.28)
公開日 平成30年11月29日(2018.11.29)
発明者
  • 柳谷 隆彦
  • 唐澤 嶺
出願人
  • 学校法人早稲田大学
発明の名称 トランス及び該トランスを用いたレクテナ 新技術説明会
発明の概要 【課題】電圧を昇圧するためのトランスを提供する。
【解決手段】トランス10は、薄膜に垂直な垂直分極成分を有する1枚のみの圧電体薄膜110から成る、又は同一の厚さを持ち同一の圧電材料から成る複数枚の圧電体薄膜を、隣接する圧電体薄膜同士で垂直分極成分が互いに逆方向になるように複数枚積層して成る第1圧電体薄膜形成体11と、第1圧電体薄膜形成体11と直接又は振動伝達体(絶縁体層13)を介して接触し、圧電体薄膜110と同じ厚さを持ち同じ圧電材料から成る圧電体薄膜120-1~120-10を、圧電体薄膜110よりも多い枚数だけ隣接する圧電体薄膜120-1~120-10同士で垂直分極成分が互いに逆方向になるように積層して成り、第1圧電体薄膜形成体11に隣接する圧電体薄膜120-1と該圧電体薄膜に隣接する圧電体薄膜110同士で垂直分極成分が互いに逆方向である第2圧電体薄膜形成体12とを備える。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


近年、エネルギー問題やインフラの老朽化等の社会問題に対応するために、屋内外に多数の様々なセンサを設置し、それらのセンサで取得される大量のデータを収集して解析するという、センサを用いたビッグデータ技術が検討されている。個々のセンサを動作させるためにはそれらセンサに電力を供給する必要があるが、このように多数のセンサを用いる場合、個々のセンサを管理するには大きな手間を要するため、管理をほとんど行うことなく電力の供給を行うことが重要となる。例えば、商用電源から電力をセンサに供給する場合には、センサを設置する箇所毎に電力会社と契約したり、センサの設置箇所での既存の商用電源を使用するために設置箇所の所有者の許可を得る等の手間を要する。一方、センサの電源として太陽電池を用いると、管理の手間はさほど要しないが、曇天時や夜間には必要な電力を得ることができない。



それに対して、屋内外を伝播する電波を電力に変換するレクテナは、商用電源のような管理の手間を要しないうえに、曇天時や夜間にも安定して電力を供給することができるという利点を有する。レクテナにより得ることができる電力は小さいものの、一般にセンサを動作させるためには電圧が所定のしきい値以上でありさえすれば電流は微弱であってもよいため、センサの電源としては使用することができる。その場合、レクテナには、電圧をしきい値電圧以上とするために、電波を変換して得た交流電力の電圧を昇圧するトランスを設ける(例えば特許文献1参照)。センサで使用する電力が直流電力である場合には、トランスの後段に整流回路を設ける。

産業上の利用分野


本発明は、電圧の大きさを変換するトランス、及び該トランスを用いた、電波を電力に変換するレクテナに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
a) 圧電材料から成る薄膜であって該薄膜に垂直な方向の分極ベクトルの成分である垂直分極成分を有する1枚のみの圧電体薄膜から成る、又は同一の厚さを持ち同一の圧電材料から成る複数枚の圧電体薄膜を、隣接する圧電体薄膜同士で垂直分極成分が互いに逆方向になるように複数枚積層して成る第1圧電体薄膜形成体と、
b) 少なくとも一部で前記第1圧電体薄膜形成体と直接又は振動伝達体を介して接触し、前記第1圧電体薄膜形成体の圧電体薄膜と同じ厚さを持ち同じ圧電材料から成る圧電体薄膜を、前記第1圧電体薄膜形成体の圧電体薄膜よりも多い枚数だけ該第1圧電体薄膜形成体の圧電体薄膜に平行に、隣接する圧電体薄膜同士で垂直分極成分が互いに逆方向になるように積層して成り、前記第1圧電体薄膜形成体に隣接する圧電体薄膜と該圧電体薄膜に隣接する該前記第1圧電体薄膜形成体の圧電体薄膜同士で垂直分極成分が互いに逆方向である第2圧電体薄膜形成体と、
c) 前記第1圧電体薄膜形成体の厚さ方向の両端に設けられた1対の第1電極と、
d) 前記第2圧電体薄膜形成体の厚さ方向の両端に設けられた1対の第2電極と
を備えることを特徴とするトランス。

【請求項2】
a) 圧電材料から成る薄膜であって該薄膜に平行な方向の分極ベクトルの成分である平行分極成分を有する1枚のみの圧電体薄膜から成る、又は同一の厚さを持ち同一の圧電材料から成る複数枚の圧電体薄膜を、隣接する圧電体薄膜同士で平行分極成分が互いに逆方向になるように複数枚積層して成る第1圧電体薄膜形成体と、
b) 少なくとも一部で前記第1圧電体薄膜形成体と直接又は振動伝達体を介して接触し、前記第1圧電体薄膜形成体の圧電体薄膜と同じ厚さを持ち同じ圧電材料から成る圧電体薄膜を、前記第1圧電体薄膜形成体の圧電体薄膜よりも多い枚数だけ該第1圧電体薄膜形成体の圧電体薄膜に平行に、隣接する圧電体薄膜同士で平行分極成分が互いに逆方向になるように積層して成り、前記第1圧電体薄膜形成体に隣接する圧電体薄膜と該圧電体薄膜に隣接する該前記第1圧電体薄膜形成体の圧電体薄膜同士で平行分極成分が互いに逆方向である第2圧電体薄膜形成体と、
c) 前記第1圧電体薄膜形成体の厚さ方向の両端に設けられた1対の第1電極と、
d) 前記第2圧電体薄膜形成体の厚さ方向の両端に設けられた1対の第2電極と
を備えることを特徴とするトランス。

【請求項3】
a) 同一の厚さを持ち同一の圧電材料から成る複数枚の圧電体薄膜を、該圧電体薄膜に垂直な方向の分極ベクトルの成分である垂直分極成分が、隣接する圧電体薄膜同士で互いに逆方向になるように複数枚積層して成る第1圧電体薄膜形成体と、
b) 少なくとも一部で前記第1圧電体薄膜形成体と直接又は振動伝達体を介して接触し、該第1圧電体薄膜形成体と同じ厚さを持つ圧電体薄膜形成体であって、該第1圧電体薄膜形成体の圧電体薄膜と同じ圧電材料から成り垂直分極成分を有する1枚の圧電体薄膜から成る第2圧電体薄膜形成体と、
c) 前記第1圧電体薄膜形成体の厚さ方向の両端及び該第1圧電体薄膜形成体において隣接する圧電体薄膜同士の境界に設けられた第1電極と、
d) 前記第2圧電体薄膜形成体の厚さ方向の両端に設けられた1対の第2電極と
を備えることを特徴とするトランス。

【請求項4】
a) 同一の厚さを持ち同一の圧電材料から成る複数枚の圧電体薄膜を、該圧電体薄膜に平行な方向の分極ベクトルの成分である垂直分極成分が、隣接する圧電体薄膜同士で互いに逆方向になるように複数枚積層して成る第1圧電体薄膜形成体と、
b) 少なくとも一部で前記第1圧電体薄膜形成体と直接又は振動伝達体を介して接触し、該第1圧電体薄膜形成体と同じ厚さを持つ圧電体薄膜形成体であって、該第1圧電体薄膜形成体の圧電体薄膜と同じ圧電材料から成り平行分極成分を有する1枚の圧電体薄膜から成る第2圧電体薄膜形成体と、
c) 前記第1圧電体薄膜形成体の厚さ方向の両端及び該第1圧電体薄膜形成体において隣接する圧電体薄膜同士の境界に設けられた第1電極と、
d) 前記第2圧電体薄膜形成体の厚さ方向の両端に設けられた1対の第2電極と
を備えることを特徴とするトランス。

【請求項5】
前記第1圧電体薄膜形成体及び前記第2圧電体薄膜形成体における圧電体薄膜が、該圧電体薄膜と同じ圧電材料から成り分極が薄膜に平行である圧電体薄膜よりも大きい電気機械結合係数k152を有するように、分極が該薄膜の法線に対して傾斜していることを特徴とする請求項2又は4に記載のトランス。

【請求項6】
前記振動伝達体が絶縁材料から成ることを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載のトランス。

【請求項7】
a) 電波を受信する電波受信部と、受信した電波の交流電気信号を出力する交流電気信号出力部を有するアンテナと、
b) 前記交流電気信号出力部が前記第1電極に接続された、請求項1~6のいずれかに記載のトランスと
を備えることを特徴とするレクテナ。

【請求項8】
さらに、前記トランスの第2電極に接続された、交流電力を直流電力に変換する整流回路を備えることを特徴とする請求項7に記載のレクテナ。

【請求項9】
請求項2に記載のトランスにおける第1圧電体薄膜形成体若しくは第2圧電体薄膜形成体、又は請求項4に記載のトランスにおける第1圧電体薄膜形成体を製造する方法であって、
Sc, Y, La, Pr, Nd, Sm, Gd, Dy, Ho, Tm, Ybから選択される1又は2以上の元素であるR及びAlを有するターゲットをスパッタすることにより、R及びAlを有するスパッタ粒子を形成し、基板を冷却しつつ該基板の表面に、前記スパッタ粒子を該表面の法線に対して傾斜した角度で入射させて該表面に堆積させることにより、0<x<1であるAl1-xRxNから成る圧電体薄膜を所定の厚さまで成膜する単位成膜工程と、
前記スパッタ粒子が前記基板の表面に入射する軌跡の該表面への射影が180°回転するように前記ターゲットと該基板の相対的な位置を変更する位置変更工程と
をそれぞれ2回以上、交互に繰り返すことを特徴とする圧電体薄膜形成体製造方法。

【請求項10】
請求項2に記載のトランスにおける第1圧電体薄膜形成体若しくは第2圧電体薄膜形成体、又は請求項4に記載のトランスにおける第1圧電体薄膜形成体を製造する方法であって、
Sc, Y, La, Pr, Nd, Sm, Gd, Dy, Ho, Tm, Ybから選択される1又は2以上の元素であるR及びAlを有するターゲットをスパッタすることにより、R及びAlを有するスパッタ粒子を形成し、基板を冷却しつつ該基板の表面に、窒素イオンを含むイオンビームを該表面の法線に対して傾斜した角度で照射しつつ、前記スパッタ粒子を堆積させることにより0<x<1であるAl1-xRxNから成る圧電体薄膜を所定の厚さまで成膜する単位成膜工程と、
前記イオンビームの前記基板の表面への射影が180°回転するように該イオンビームと該基板の相対的な位置を変更する位置変更工程と
それぞれ2回以上、交互に繰り返すことを特徴とする圧電体薄膜形成体製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
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