JP2010263750A - Power generation device using electric field responsive polymer - Google Patents
Power generation device using electric field responsive polymer Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010263750A JP2010263750A JP2009114731A JP2009114731A JP2010263750A JP 2010263750 A JP2010263750 A JP 2010263750A JP 2009114731 A JP2009114731 A JP 2009114731A JP 2009114731 A JP2009114731 A JP 2009114731A JP 2010263750 A JP2010263750 A JP 2010263750A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electric field
- power generation
- responsive polymer
- field responsive
- generation device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 230000005684 electric field Effects 0.000 title claims abstract description 105
- 238000010248 power generation Methods 0.000 title claims abstract description 105
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 102
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims abstract description 26
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 claims abstract description 24
- 230000008602 contraction Effects 0.000 claims description 4
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 abstract description 13
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 abstract description 9
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 12
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 11
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 8
- 229920002595 Dielectric elastomer Polymers 0.000 description 6
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920001746 electroactive polymer Polymers 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 2
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003905 agrochemical Substances 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 210000003108 foot joint Anatomy 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 230000003387 muscular Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
本発明は、誘電エラストマーを主成分とする電場応答性高分子(Electroactive Polymer)に関するものであって、さらに詳しくは、動植物または構造物からの運動エネルギーを効率的に電気エネルギーに変換する電場応答性高分子を用いた発電デバイスに関するものである。 The present invention relates to an electroactive polymer having a dielectric elastomer as a main component, and more particularly, to an electric field responsiveness that efficiently converts kinetic energy from animals or plants or structures into electric energy. The present invention relates to a power generation device using a polymer.
過去十数年間、誘電エラストマーからなる電場応答性高分子の研究は、アクチュエータに焦点を当てたものがほとんどであった。この誘電エラストマーは、強い電場の中に置くと、電場の方向に収縮し、電場と垂直な方向に膨張する。これは、クーロン力によるものである。 In the past decade, most researches on electric field responsive polymers made of dielectric elastomers have focused on actuators. When placed in a strong electric field, the dielectric elastomer contracts in the direction of the electric field and expands in a direction perpendicular to the electric field. This is due to the Coulomb force.
したがって、誘電エラストマーを帯電した2枚の柔軟な電極間に挟むことによって、ゴムのような弾性を持つコンデンサーが構成される。これに電圧をかけると、一方の電極にはプラスの電荷が、反対側の電極にはマイナスの電荷が蓄えられる。その結果、電極間に引力が生じ、この力によって誘電エラストマーが押しつぶされ、面方向に膨張する。この変化をロボットなどのアクチュエータとして用いることが注目を集めている(例えば、特許文献1、2参照)。 Therefore, a capacitor having elasticity like rubber is formed by sandwiching a dielectric elastomer between two charged flexible electrodes. When a voltage is applied to this, a positive charge is stored in one electrode and a negative charge is stored in the opposite electrode. As a result, an attractive force is generated between the electrodes, and the dielectric elastomer is crushed by this force and expands in the surface direction. The use of this change as an actuator for a robot or the like has attracted attention (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
一方、本発明者らは、この素材が発電においても顕著な性能を有するという新規な着想を得て、鋭意研究開発を行ったところ、発電機や太陽電池などの既存の発電手法では実現が難しい低周波数帯(例えば、0.3Hz)や非定周波振動(周期が定まっていない振動)、高負荷、高ストロークなどの条件下においても利用可能な発電装置の開発に成功した(例えば、特許文献3参照)。 On the other hand, the present inventors obtained a novel idea that this material has remarkable performance in power generation and conducted earnest research and development, and it is difficult to realize it by existing power generation methods such as generators and solar cells. We have succeeded in developing a power generator that can be used even under conditions such as low frequency bands (eg, 0.3 Hz), non-constant frequency vibrations (vibrations with no fixed period), high loads, and high strokes (eg, patent documents). 3).
従来の電場応答性高分子を用いた発電装置は、支持フレームに電場応答性高分子を固定して、電場応答性高分子の中心を電場応答性高分子に対して垂直方向に変位させることにより起電力を得ていた。そのため、動植物や構造物からの様々な動きの運動エネルギーを効率よく電気エネルギーに変換することが困難であった。 A conventional power generation device using an electric field responsive polymer is configured by fixing the electric field responsive polymer to a support frame and displacing the center of the electric field responsive polymer in a direction perpendicular to the electric field responsive polymer. I was getting an electromotive force. Therefore, it has been difficult to efficiently convert kinetic energy of various movements from animals and plants and structures into electric energy.
そこで、本発明が解決しようとする技術的課題、すなわち、本発明の目的は、動植物や構造物からの様々な動きの運動エネルギーを効率よく電気エネルギーに変換することが可能な電場応答性高分子を用いた発電デバイスを提供することにある。 Therefore, the technical problem to be solved by the present invention, that is, the object of the present invention is to provide an electric field responsive polymer capable of efficiently converting kinetic energy of various movements from animals and plants and structures into electric energy. It is to provide a power generation device using the above.
まず、本請求項1に係る発明は、2つの柔軟な電極によって挟まれたエラストマー膜から構成され伸縮動作により起電力を生じる電場応答性高分子を用いた発電デバイスにおいて、前記電場応答性高分子が、弾性を有する養生シートに張力を加えた状態で貼着されていることによって、前記課題を解決するものである。 First, the invention according to claim 1 is a power generation device using an electric field responsive polymer which is composed of an elastomer film sandwiched between two flexible electrodes and generates an electromotive force by an expansion and contraction operation. However, the said subject is solved by sticking in the state which applied the tension | tensile_strength to the curing sheet | seat which has elasticity.
そして、本請求項2に係る発明は、請求項1に係る電場応答性高分子を用いた発電デバイスにおいて、前記電場応答性高分子が、2枚の養生シートにより挟持されていることによって、前記課題をさらに解決したものである。 The invention according to claim 2 is the power generation device using the electric field responsive polymer according to claim 1, wherein the electric field responsive polymer is sandwiched between two curing sheets, It solves the problem further.
また、本請求項3に係る発明は、請求項1又は請求項2に係る電場応答性高分子を用いた発電デバイスにおいて、前記電場応答性高分子が、正極が内側で重なるように2枚積層されていることによって、前記課題をさらに解決したものである。
The invention according to
ここで、本発明における電場応答性高分子とは、誘電エラストマーを主たる構成要素として電歪効果によって機械的変形から起電力を得たり、逆に電位差を与えることにより機械的な駆動力が得られるエレクトロアクティブポリマー(EAP)の総称を意味しており、例えば、米国のカリフォルニア州に本拠を構えるSRIインターナショナルで開発されたアクリル系樹脂やシリコーン系樹脂などからなるゴム状の薄い高分子(誘電体)を伸び縮み可能な柔軟な電極で挟んだ構造をしたEPAM(イーパム:Electroactive Polymer Artificial Muscle)という商品名で市販されているものなどがある。 Here, the electric field responsive polymer in the present invention can obtain an electromotive force from a mechanical deformation by an electrostrictive effect using a dielectric elastomer as a main component, or a mechanical driving force by applying a potential difference. This is a generic name for electroactive polymer (EAP). For example, a thin rubbery polymer (dielectric) made of acrylic resin or silicone resin developed at SRI International, based in California, USA EPAM (Electroactive Polymer Artificial Muscular) having a structure in which the electrode is sandwiched between flexible electrodes that can be expanded and contracted is commercially available.
本請求項1に係る発明によれば、2つの柔軟な電極によって挟まれたエラストマー膜から構成され伸縮動作により起電力を生じる電場応答性高分子を用いた発電デバイスにおいて、電場応答性高分子が、弾性を有する養生シートに張力を加えた状態で貼着されていることによって、電場応答性高分子を支持する支持フレームを必要としないので、様々な場所に設置することができ、発電デバイスの使用上の自由度が格段に向上する。 According to the first aspect of the present invention, in an electric power generation device using an electric field responsive polymer that is composed of an elastomer film sandwiched between two flexible electrodes and generates an electromotive force by a stretching operation, the electric field responsive polymer is By attaching the elastic curing sheet in a tensioned state, it does not require a support frame for supporting the electric field responsive polymer, so it can be installed in various places, The degree of freedom in use is greatly improved.
また、電場応答性高分子はある程度以上の張力が加わって初めて起電力を生じるが、本請求項1に係る発明によれば、電場応答性高分子が養生シートに張力を加えた状態で貼着されているので、小さな張力でも起電力を得ることができ発電効率が向上する。 The electric field responsive polymer generates an electromotive force only when a certain level of tension is applied. However, according to the invention according to claim 1, the electric field responsive polymer is stuck in a state where tension is applied to the curing sheet. Therefore, an electromotive force can be obtained even with a small tension, and the power generation efficiency is improved.
次に、本請求項2に係る発明によれば、請求項1に係る電場応答性高分子を用いた発電デバイスにおいて、電場応答性高分子が、2枚の養生シートにより挟持されていることにより、電場応答性高分子を外気から遮断して保持できるので、発電デバイスの耐久性が向上する。 Next, according to the invention according to claim 2, in the power generation device using the electric field responsive polymer according to claim 1, the electric field responsive polymer is sandwiched between the two curing sheets. In addition, since the electric field responsive polymer can be held off from the outside air, the durability of the power generation device is improved.
さらに、本請求項3に係る発明によれば、請求項1又は請求項2に係る電場応答性高分子を用いた発電デバイスにおいて、電場応答性高分子が、正極が内側で重なるように2枚積層されていることにより、電場応答性高分子が並列接続されるので、発電容量を2倍にすることができる。しかも、電場応答性高分子の外側の面が全て負極になるので、感電事故を防止することができる。
Furthermore, according to the invention according to
本発明の電場応答性高分子を用いた発電デバイスは、2つの柔軟な電極によって挟まれたエラストマー膜から構成され伸縮動作により起電力を生じる電場応答性高分子を用いた発電デバイスにおいて、電場応答性高分子が、弾性を有する養生シートに張力を加えた状態で貼着されているものであって、動植物や構造物からの様々な動きの運動エネルギーを効率よく電気エネルギーに変換することが可能なものであれば、その具体的な実施の態様は、如何なるものであっても何ら構わない。 An electric power generation device using an electric field responsive polymer of the present invention is an electric power generation device using an electric field responsive polymer which is composed of an elastomer film sandwiched between two flexible electrodes and generates an electromotive force by a stretching operation. A high-performance polymer is attached to an elastic curing sheet with tension applied, and it can efficiently convert the kinetic energy of various movements from animals and plants and structures into electrical energy. Any specific embodiment may be used as long as it is anything.
なお、電場応答性高分子から起電力を得るための具体的な回路構成については、前述した特許文献3に詳述しているので、ここでは説明を割愛する。
Note that a specific circuit configuration for obtaining an electromotive force from the electric field responsive polymer is described in detail in the above-described
まず、従来の電場応答性高分子を用いた発電デバイスを図1乃至図3に基づいて説明する。 First, a power generation device using a conventional electric field responsive polymer will be described with reference to FIGS.
ここで、図1は、従来の単層構造の電場応答性高分子を用いた発電デバイスの斜視図であり、図2は、図1のII−II線における断面図であり、図3は、従来の多層構造の電場応答性高分子を用いた発電デバイスの断面図である。 Here, FIG. 1 is a perspective view of a conventional power generation device using an electric field responsive polymer having a single layer structure, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 1, and FIG. It is sectional drawing of the electric power generation device using the electric field responsive polymer of the conventional multilayer structure.
まず、従来の単層構造の電場応答性高分子を用いた発電デバイスについて説明する。従来の単層構造の電場応答性高分子を用いた発電デバイス100は、図1及び図2に示すように、シリコンやアクリルなどのエラストマー膜120の両面に、カーボンブラックを主体とした伸張性のある電極140を接合している。さらに、この電極140に銅やアルミなどからなる金属製の外部引出電極160を接合している。
First, a power generation device using a conventional electric field responsive polymer having a single layer structure will be described. As shown in FIGS. 1 and 2, the conventional
このような構成の発電デバイス100を長手方向に伸張収縮させることにより、2つの外部引出電極160間に起電力を得ることができる。
An electromotive force can be obtained between the two
次に、従来の多層構造の電場応答性高分子を用いた発電デバイスについて説明する。従来の多層構造の電場応答性高分子を用いた発電デバイス200は、図3に示すように、シリコンやアクリルなどのエラストマー膜220の両面に、カーボンブラックを主体とした伸張性のある電極240を接合している。そして、2枚のエラストマー膜220の電極240同士を重ねて、2枚のエラストマー膜220を接合する。
Next, a power generation device using a conventional electric field responsive polymer having a multilayer structure will be described. As shown in FIG. 3, a conventional
このような構成の発電デバイス200を長手方向に伸張収縮させることにより、外側の外部引出電極262と中央の外部引出電極264との間に起電力を得ることができる。
An electromotive force can be obtained between the outer
次に、本発明の電場応答性高分子を用いた発電デバイスの一実施形態を図4乃至図8に基づいて説明する。 Next, an embodiment of a power generation device using the electric field responsive polymer of the present invention will be described with reference to FIGS.
ここで、図4は、本発明の単層構造の電場応答性高分子を用いた発電デバイスの正面図であり、図5は、図4のV−V線における断面図であり、図6は、本発明の多層構造の電場応答性高分子を用いた発電デバイスの断面図であり、図7は、本発明の発電デバイスが初期状態にあるときの斜視図であり、図8は、本発明の発電デバイスが駆動状態にある時の斜視図である。 Here, FIG. 4 is a front view of a power generation device using an electric field responsive polymer having a single layer structure of the present invention, FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG. 4, and FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view of a power generation device using an electric field responsive polymer having a multilayer structure of the present invention, FIG. 7 is a perspective view when the power generation device of the present invention is in an initial state, and FIG. It is a perspective view when the electric power generation device of is in a drive state.
まず、本発明の単層構造の電場応答性高分子を用いた発電デバイスについて説明する。本発明の単層構造の電場応答性高分子を用いた発電デバイス300は、図4及び図5に示すように、シリコンやアクリルなどのエラストマー膜320の両面に、カーボンブラックを主体とした伸張性のある電極340を接合している。さらに、この電極340が張力を加えられた状態でシリコンやアクリルなどのエラストマーである養生シート380に貼着されている。養生シート380は、電場応答性高分子を両面から挟持するように設けられている。そして、電極340の両端に銅やアルミなどからなる金属製の外部引出電極360を接合している。さらに、養生シート380の長手方向両端はプラスチックなどからなる電極固定部390により固定されている。
First, a power generation device using the electric field responsive polymer having a single layer structure of the present invention will be described. As shown in FIGS. 4 and 5, the
このような構成の発電デバイス300を長手方向に伸張収縮させることにより、2つの外部引出電極360間に起電力を得ることができる。
An electromotive force can be obtained between the two
次に、本発明の多層構造の電場応答性高分子を用いた発電デバイスについて説明する。本発明の多層構造の電場応答性高分子を用いた発電デバイス400は、図6に示すように、シリコンやアクリルなどのエラストマー膜420の両面に、カーボンブラックを主体とした伸張性のある電極440を接着している。そして、2枚のエラストマー膜420の電極440同士を重ねて、2枚のエラストマー膜420を接合する。さらに、この電極440が張力を加えられた状態でシリコンやアクリルなどのエラストマーである養生シート480に貼着されている。養生シート480は、電場応答性高分子を両面から挟持するように設けられている。そして、電極440の両端に銅やアルミなどからなる金属製の外部引出電極462、464を接合している。さらに、養生シート480の長手方向両端はプラスチックなどからなる電極固定部490により固定されている。
Next, a power generation device using the electric field responsive polymer having a multilayer structure of the present invention will be described. As shown in FIG. 6, the
このような構成の発電デバイス400を長手方向に伸張収縮させることにより、外側の外部引出電極462と中央の外部引出電極464との間に起電力を得ることができる。
An electromotive force can be obtained between the outer
次に、前述した本発明の電場応答性高分子を用いた発電デバイスの起動方法について、図7及び図8に基づいて説明する。 Next, a method for starting a power generation device using the above-described electric field responsive polymer of the present invention will be described with reference to FIGS.
本発明の発電デバイス500を起動するには、図7に示すように、2つの外部引出電極560間に、バイアス電圧を印加するとともに起電力を昇圧して負荷に供給するように構成された電気回路Cが接続される。
In order to start the
そして、図8に示すように、電極固定部590を掴んで電場応答性高分子を伸張収縮させることにより、起電力が得られる。
And as shown in FIG. 8, an electromotive force is obtained by grasping the electrode fixing |
前述した実施形態の電場応答性高分子を用いた発電デバイスは、柔軟なエラストマーを主体とした養生シートに電場応答性高分子を貼着させた構成を有し、動植物又は構造物などの屈曲運動などを利用して電場応答性高分子を伸張させることで発電する発電デバイスである。電場応答性高分子を用いた発電の場合、電極部には特性上、高電圧が帯電するため、動植物に装着する際には電場応答性高分子を絶縁体で覆う必要があるが、その際、電場応答性高分子の発電動作において、電場応答性高分子の伸張動作の妨げにならないような素材、構造にする必要がある。 The power generation device using the electric field responsive polymer of the embodiment described above has a configuration in which an electric field responsive polymer is attached to a curing sheet mainly composed of a flexible elastomer, and bending motion of animals, plants, structures, etc. It is a power generation device that generates electricity by stretching the electric field responsive polymer using the above. In the case of power generation using an electric field responsive polymer, the electrode part is charged with a high voltage due to its characteristics, so it is necessary to cover the electric field responsive polymer with an insulator when attaching to animals and plants. In the power generation operation of the electric field responsive polymer, it is necessary to use a material and a structure that do not hinder the extension operation of the electric field responsive polymer.
従来ではプラスティックなどのモールド素材で電場応答性高分子を固定する必要があり、また、その際に電場応答性高分子をある程度伸張状態にして固定する必要があった。一方、本発明による電場応答性高分子を用いた発電デバイスでは、電場応答性高分子を固定する養生シートをモールド素材として用いることで、軽量かつ柔軟な構造を構成することができる。アクリルやシリコンなどのエラストマーで電極部を覆うことにより、動植物に装着した場合でも、運動の妨げにならない構造としかつ効率的に運動エネルギーを電気エネルギーに変換できる構造としている。 Conventionally, it has been necessary to fix the electric field responsive polymer with a mold material such as plastic, and at that time, it is necessary to fix the electric field responsive polymer in a stretched state to some extent. On the other hand, in the power generation device using the electric field responsive polymer according to the present invention, a lightweight and flexible structure can be configured by using a curing sheet for fixing the electric field responsive polymer as a mold material. By covering the electrode part with an elastomer such as acrylic or silicon, the structure does not hinder movement even when attached to animals and plants, and the structure can efficiently convert kinetic energy into electrical energy.
前述した構造では、電場応答性高分子の基材となる部分にアクリルやシリコンなどのエラストマーを用いており、基材部分の両面にカーボンブラックを主体とした電極を塗布することで電場応答性高分子を構成する。また、その際に外部に電極を取り出すために、銅、銀、金などの導電素材をエラストマー両面に配置した電極に配設し、外部引出電極とする。電場応答性高分子の電極構成後、電極部に養生シートを設ける。この養生シートとなる材料は、電場応答性高分子を構成した際に用いた基材部と同素材を用いることで、電場応答性高分子の伸張動作を妨げることなく、円滑な動作が可能である。また、使用温度範囲によっては、シリコンベースのエラストマーを使用することも効果的である。 In the structure described above, an elastomer such as acrylic or silicon is used for the part that becomes the base material of the electric field responsive polymer, and the electric field responsiveness is improved by applying electrodes mainly composed of carbon black on both sides of the base part. Construct a molecule. In this case, in order to take out the electrode to the outside, a conductive material such as copper, silver, or gold is disposed on the electrode disposed on both sides of the elastomer to form an external extraction electrode. After the electrode configuration of the electric field responsive polymer, a curing sheet is provided on the electrode part. By using the same material as the base material used when configuring the electric field responsive polymer, the material used as the curing sheet can operate smoothly without hindering the stretching operation of the electric field responsive polymer. is there. It is also effective to use a silicon-based elastomer depending on the operating temperature range.
次に、本発明の電場応答性高分子を用いた発電デバイスの別の実施形態を図9及び図10に基づいて説明する。 Next, another embodiment of the power generation device using the electric field responsive polymer of the present invention will be described based on FIG. 9 and FIG.
ここで、図9は、本発明のロール形状の電場応答性高分子を用いた発電デバイスの斜視図であり、図10は、図9のX−X線における断面図である。 Here, FIG. 9 is a perspective view of a power generation device using the roll-shaped electric field responsive polymer of the present invention, and FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line XX of FIG.
本発明のロール形状の電場応答性高分子を用いた発電デバイスについて説明する。本発明のロール形状の電場応答性高分子を用いた発電デバイス600は、図9及び図10に示すように、シリコンやアクリルなどのエラストマー膜620の両面に、カーボンブラックを主体とした伸張性のある電極640を接合している。さらに、この電極640が張力を加えられた状態でシリコンやアクリルなどのエラストマーである養生シート680に貼着されている。養生シート680は、電場応答性高分子を両面から挟持するように設けられている。そして、電極640の両端に銅やアルミなどからなる金属製の外部引出電極660を接合している。さらに、このように構成された電場応答性高分子をロール状にすることによってロール形状の発電デバイスを構成する。
A power generation device using the roll-shaped electric field responsive polymer of the present invention will be described. As shown in FIGS. 9 and 10, the
発電デバイスをロール形状とすることで、発電時における変形方向の阻害がなくなるため、植物など、特に樹木に装着することにより効果的に発電が可能である。発電に必要な樹木の運動源は風である。枝や幹の成長によりその方向性は異なるが、微風時でも、樹木は揺らいでいる特徴を利用し、揺らぎ時の方向性を持たない動作に対して特に有効的に発電ができる。その理由として、従来の風力発電は回転運動から電気エネルギーに変換するなど、風車を利用して風を回転運動に変換する方式が大部分を占めているが、その際、必ずある一定量の風量が無くてはならない。しかし、本発明の電場応答性高分子を用いた発電デバイスの場合、樹木などの揺らぎなどによる運動エネルギーを直接電気エネルギーに変換することが可能であるため、数多く配置することが可能なことや、主材料がエラストマーであることから、例えば、果物などの樹木に電場応答性高分子を配置することで、枝折れなどが軽減される。従来の風力発電のように、自然環境を崩して設置するのではなく、そのままの自然状態を維持したまま発電デバイスを搭載することができるため、環境に優しく、景観を損ねることなく発電デバイスの設置が可能である。 By making the power generation device into a roll shape, there is no obstruction in the direction of deformation during power generation, so that power generation can be effectively performed by attaching it to a plant, such as a tree. The source of tree motion necessary for power generation is the wind. The direction of the tree varies depending on the growth of branches and trunks, but even when there is a breeze, trees can be used to generate power, especially for operations that do not have the direction of fluctuation. The reason for this is that most of the conventional wind power generation uses wind turbines to convert wind to rotary motion, such as converting rotational motion to electrical energy. There must be. However, in the case of a power generation device using the electric field responsive polymer of the present invention, it is possible to directly convert kinetic energy due to fluctuations of trees and the like into electrical energy, so that many can be arranged, Since the main material is an elastomer, for example, by arranging an electric field responsive polymer on a tree such as a fruit, branch breakage and the like are reduced. Rather than disrupting the natural environment as in conventional wind power generation, the power generation device can be installed while maintaining the natural state as it is, so the installation of the power generation device is environmentally friendly and without damaging the landscape. Is possible.
以下、本発明の電場応答性高分子を用いた発電デバイスによる発電事例について図11乃至図19に基づき説明する。なお、図11乃至図19において、符号Eで示した部材が電場応答性高分子を用いた発電デバイスである。 Hereinafter, power generation examples using a power generation device using the electric field responsive polymer of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 to 19, the member indicated by E is a power generation device using an electric field responsive polymer.
図11は、犬などのペットの足や首輪、胴体からの伸張運動を利用した発電例である。発電したエネルギーは、LEDなどの夜間散歩用の明かりの補助や、ペットの行方不明時の捜索に利用するGPS発信器やその通信機器用電源として利用することができる。 FIG. 11 shows an example of power generation using stretching motion from the feet, collars, and torso of a pet such as a dog. The generated energy can be used as a light source for night walks such as LEDs, or as a GPS transmitter used for searching when a pet is missing or as a power source for its communication equipment.
図12は、人間の足の関節の屈曲運動を利用した発電例である。発電したエネルギーは、LEDなどの夜間散歩用の明かりの補助や、携帯機器などの補助電源として利用することができる。 FIG. 12 shows an example of power generation using the bending motion of a human foot joint. The generated energy can be used as an auxiliary light source for night walks such as LEDs and an auxiliary power source for portable devices.
図13は、人間の腕の関節の屈曲運動を利用した発電例である。発電したエネルギーは、LEDなどの夜間散歩用の明かりの補助や、携帯機器などの補助電源として利用することができる。 FIG. 13 shows an example of power generation using the bending motion of a human arm joint. The generated energy can be used as an auxiliary light source for night walks such as LEDs and an auxiliary power source for portable devices.
図14は、鳥類などの動態の運動エネルギーを利用した発電例である。発電したエネルギーは、体調管理情報や給餌情報などを送信する通信機器用電源や生息管理を行う通信機器用電源に利用することができる。 FIG. 14 shows an example of power generation using dynamic kinetic energy of birds and the like. The generated energy can be used as a power source for communication devices that transmits physical condition management information, feeding information, and the like, and a power source for communication devices that performs habitat management.
図15は、樹木の枝や幹にシート状又はロール状の電場応答性高分子を用いた発電デバイスを設置した発電例である。森や林などの樹木の枝や幹の揺らぎや揺れを利用して発電を行うことで、従来では森林を伐採して発電所を建設するなど大規模な土木工事を行う必要があったが、本発電デバイスを大規模に配置することで、樹木などの伐採をすることが無く完全にクリーンな発電所を得ることが可能である。また、果物などの樹木が、台風などの強風で枝折れすることの予防が可能であり、また発電した電気エネルギーは、農薬散布や散水時の電源補助にも利用可能である。 FIG. 15 shows an example of power generation in which a power generation device using a sheet-shaped or roll-shaped electric field-responsive polymer is installed on a tree branch or trunk. In the past, it was necessary to carry out large-scale civil engineering work such as cutting down the forest and constructing a power plant by generating power using the fluctuations and shaking of the branches and trunks of trees and forests. By arranging this power generation device on a large scale, it is possible to obtain a completely clean power plant without cutting trees or the like. Moreover, it is possible to prevent trees such as fruits from being broken by strong winds such as typhoons, and the generated electric energy can be used for power supply assistance when spraying agricultural chemicals or watering.
図16は、ビルなどの構造物に本発明の発電デバイスを配置した発電例である。ビルなどの高層建造物などの揺らぎ及び振動を利用して発電を行う。発電した電気エネルギーは、ビルなどのバックアップ用補助電源や使用電力の一部補助として利用することができる。 FIG. 16 is an example of power generation in which the power generation device of the present invention is arranged in a structure such as a building. Power is generated using fluctuations and vibrations of high-rise buildings such as buildings. The generated electric energy can be used as a backup auxiliary power source for buildings and the like and a part of auxiliary power.
図17は、橋脚に本発明の発電デバイスを配置した発電例である。橋脚の揺らぎ及び振動を利用して発電を行う。発電した電気エネルギーは、橋脚の電灯及び表示板などの電源として利用することができる。 FIG. 17 shows an example of power generation in which the power generation device of the present invention is arranged on a pier. Power generation is performed using fluctuation and vibration of the pier. The generated electrical energy can be used as a power source for bridge pier lights and display boards.
図18は、航空機や鉄道などの機体の膨張、収縮を利用した発電例である。航空機や鉄道の機体に本発明の発電デバイスを配置し、気圧の変化に伴う機体の膨張、収縮を利用して発電を行う。発電した電気エネルギーは、航空機や鉄道内のバックアップ用補助電源や使用電力の一部補助として利用することができる。 FIG. 18 shows an example of power generation using expansion and contraction of an aircraft, a railway, or the like. The power generation device of the present invention is arranged in an aircraft or railroad body, and power is generated by utilizing expansion and contraction of the body due to changes in atmospheric pressure. The generated electric energy can be used as a backup auxiliary power source for aircraft and railways or as a partial auxiliary for electric power used.
図19は、自動車の振動を利用した発電例である。自動車のサスペンション機構に本発明の発電デバイスを配置し、自動車の振動を利用して発電を行う。発電した電気エネルギーは、自動車内の使用電力の一部補助として利用することができる。 FIG. 19 shows an example of power generation using vibration of an automobile. The power generation device of the present invention is arranged in a suspension mechanism of an automobile, and power is generated using vibrations of the automobile. The generated electrical energy can be used as a part of the power used in the automobile.
以上のように本発明の電場応答性高分子を用いた発電デバイスは、簡単な構成で、メンテナンスもほとんど必要なく、遅いストロークで発電するさまざまな条件下及びさまざまな分野で利用可能である発電手段を提供するものであって、波力、水力、風力などの自然エネルギーによる発電をはじめ、例えば、電気・電子機器制御用ワイヤレスリモコンの電源スイッチ一体型電源、電気・電子機器の操作に伴う運動エネルギーによる発電装置、携帯電子機器に接続されたストラップの形状変化を利用した発電装置、樹木の幹や枝の揺れを利用した発電装置、排ガスなどの気体圧力を用いた発電装置、排水などの水圧を用いた発電装置、乗り物が走行する時に生じる振動や衝撃により発電する装置、非常用電源として人力によって発電する装置、トンネル内などの狭い空間で生じる圧力変化により発電する装置、衣類に設置することにより人や動物の動きで発電する装置など、その産業上の利用可能性は、きわめて高い。 As described above, the power generation device using the electric field responsive polymer of the present invention has a simple configuration, requires almost no maintenance, and can be used in various conditions and various fields for generating power with a slow stroke. In addition to power generation using natural energy such as wave power, hydraulic power, wind power, etc., for example, power remote control integrated power source for wireless remote control for electric / electronic equipment control, kinetic energy accompanying operation of electric / electronic equipment Power generation device using a power supply using a shape change of a strap connected to a portable electronic device, a power generation device using a swing of a tree trunk or a branch, a power generation device using a gas pressure such as exhaust gas, a water pressure such as drainage The power generator used, a device that generates power by vibration or impact generated when the vehicle travels, a device that generates power by human power as an emergency power source, Device for generating the pressure changes occurring in a narrow space, such as in tunnels, such device that generates electricity by movement of people and animals by placing the garment, the availability of its industry is extremely high.
100、200、300、400、500、600、E ・・・ 発電デバイス
120、220、320、420、620 ・・・ エラストマー膜
140、240、340、440 ・・・ 電極
160、262、264、360、462、464、560、660 ・・・ 外部引出電極
380、480、680 ・・・ 養生シート
390、490、590 ・・・ 電極固定部
100, 200, 300, 400, 500, 600, E ...
Claims (3)
前記電場応答性高分子が、弾性を有する養生シートに張力を加えた状態で貼着されていることを特徴とする電場応答性高分子を用いた発電デバイス。 In a power generation device using an electric field responsive polymer composed of an elastomer film sandwiched between two flexible electrodes and generating an electromotive force by an expansion and contraction operation,
A power generation device using an electric field responsive polymer, wherein the electric field responsive polymer is attached in a state where tension is applied to a curing sheet having elasticity.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009114731A JP2010263750A (en) | 2009-05-11 | 2009-05-11 | Power generation device using electric field responsive polymer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009114731A JP2010263750A (en) | 2009-05-11 | 2009-05-11 | Power generation device using electric field responsive polymer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2010263750A true JP2010263750A (en) | 2010-11-18 |
Family
ID=43361362
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009114731A Withdrawn JP2010263750A (en) | 2009-05-11 | 2009-05-11 | Power generation device using electric field responsive polymer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2010263750A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8143764B2 (en) * | 2009-09-24 | 2012-03-27 | Panasonic Corporation | Flat stacked-type conductive polymer actuator |
| WO2013122110A1 (en) | 2012-02-15 | 2013-08-22 | バンドー化学株式会社 | Piezoelectric element, actuator element, actuator, power generating element, power generating device and flexible sheet |
| WO2014075681A1 (en) * | 2012-11-14 | 2014-05-22 | Danfoss Polypower A/S | A polymer transducer |
| JP2017028769A (en) * | 2015-07-16 | 2017-02-02 | アルプス電気株式会社 | Polymer element manufacturing method, conductive laminated structure manufacturing method, current collecting layer manufacturing method, polymer element, actuator element, sensor element, and conductive laminated structure |
| US9876443B2 (en) | 2013-09-02 | 2018-01-23 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Textile-based energy generator |
-
2009
- 2009-05-11 JP JP2009114731A patent/JP2010263750A/en not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8143764B2 (en) * | 2009-09-24 | 2012-03-27 | Panasonic Corporation | Flat stacked-type conductive polymer actuator |
| WO2013122110A1 (en) | 2012-02-15 | 2013-08-22 | バンドー化学株式会社 | Piezoelectric element, actuator element, actuator, power generating element, power generating device and flexible sheet |
| WO2014075681A1 (en) * | 2012-11-14 | 2014-05-22 | Danfoss Polypower A/S | A polymer transducer |
| WO2014075682A1 (en) * | 2012-11-14 | 2014-05-22 | Danfoss Polypower A/S | A garment having transducer capabilities |
| CN105007993A (en) * | 2012-11-14 | 2015-10-28 | 丹佛斯强力聚合公司 | A garment having transducer capabilities |
| US9876443B2 (en) | 2013-09-02 | 2018-01-23 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Textile-based energy generator |
| US11101747B2 (en) | 2013-09-02 | 2021-08-24 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Textile-based energy generator |
| JP2017028769A (en) * | 2015-07-16 | 2017-02-02 | アルプス電気株式会社 | Polymer element manufacturing method, conductive laminated structure manufacturing method, current collecting layer manufacturing method, polymer element, actuator element, sensor element, and conductive laminated structure |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11751625B2 (en) | Maximizing power generation in and distributing force amongst piezoelectric generators | |
| Zhao et al. | Stimuli-responsive polymers for soft robotics | |
| Berlinger et al. | A modular dielectric elastomer actuator to drive miniature autonomous underwater vehicles | |
| Nia et al. | A review of walking energy harvesting using piezoelectric materials | |
| Zheng et al. | Concurrent harvesting of ambient energy by hybrid nanogenerators for wearable self-powered systems and active remote sensing | |
| Kornbluh et al. | Dielectric elastomers: Stretching the capabilities of energy harvesting | |
| El-Sayed et al. | A survey on recent energy harvesting mechanisms | |
| Jung et al. | Powerful curved piezoelectric generator for wearable applications | |
| Bar-Cohen et al. | Electroactive polymers as actuators | |
| JP5479659B2 (en) | Electroactive polymer generator powered by a living body | |
| JP2010263750A (en) | Power generation device using electric field responsive polymer | |
| JP2009536709A (en) | Wave power generation using electroactive polymer | |
| CN104309714A (en) | Intelligent flexible crawling machine | |
| TWI439039B (en) | Piezoelectric power generator module | |
| CN101459390A (en) | Application of dielectric elastomer on electricity generator | |
| Nor et al. | Recent advancement in sustainable energy harvesting using piezoelectric materials | |
| JP2012249463A (en) | Electric field responsive polymer for transducer with improved driving performance and durability | |
| JP2008141840A (en) | Generating set using electric field responsive high polymer | |
| Samal et al. | Energy harvesting using piezoelectric transducers: a review | |
| CN204361937U (en) | Novelly turn round longitudinal vibration multi-modality broad-frequency bimorph piezo electric energy collecting device | |
| Gupta et al. | Piezoelectric energy harvesting via shoe sole | |
| Chiba et al. | Recent development of dielectric elastomer transducers and potential applications | |
| JP2009273201A (en) | Electric power generating apparatus using electroactive polymer | |
| CN210075112U (en) | A layered magnetoelectric composite energy harvester | |
| KR101325450B1 (en) | Piezoelectric harvesting system and vehicle having the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20120807 |