JP2011078199A - Electrostatic induction generation apparatus set - Google Patents
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Abstract
【課題】発電効率の高い静電誘導型発電装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の静電誘導型発電装置は、絶縁体からなる筒状の管状部材を備え、前記管状部材の内面または外面に形成されている第1の電極と、前記管状部材の内面または外面の、前記第1の電極と対向した位置に形成されている第2の電極と、前記管状部材の内部に移動可能に設けられている、少なくとも一部が固形状金属からなる可動部材とを備え、前記第2の電極には、エレクトレット部が前記第1の電極と対向する面の一部に設けられ、前記可動部材には、移動する方向と同一方向に延びる貫通孔が設けられており、前記可動部材の移動によって前記エレクトレット部と面している前記可動部材の表面積が変化することが可能な長さを、前記管状部材が有する。
【選択図】 図1An object of the present invention is to provide an electrostatic induction power generating device with high power generation efficiency.
An electrostatic induction power generating device of the present invention includes a tubular member made of an insulator, a first electrode formed on an inner surface or an outer surface of the tubular member, and an inner surface of the tubular member. Alternatively, a second electrode formed on the outer surface at a position facing the first electrode, and a movable member that is movably provided inside the tubular member and is made of at least a part of a solid metal The second electrode is provided with an electret part on a part of the surface facing the first electrode, and the movable member is provided with a through hole extending in the same direction as the moving direction. The tubular member has such a length that the surface area of the movable member facing the electret portion can be changed by the movement of the movable member.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、エレクトレットを利用した静電誘導型発電装置に関する。 The present invention relates to an electrostatic induction power generating device using an electret.
従来、運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置として、構造が比較的簡単でありながらエネルギー変換効率が高い、エレクトレットを用いた静電誘導型の発電装置が提案されている。 Conventionally, as a power generation device that converts kinetic energy into electric energy, an electrostatic induction power generation device using an electret that has a relatively simple structure and high energy conversion efficiency has been proposed.
特許文献1で示されているエレクトレット膜を備えた静電誘導型変換素子は、可動電極と、固定電極と、固定電極に形成されたフッ素系樹脂材料等からなる電荷保持材料であるエレクトレット膜とによって構成されている。この静電誘導型変換素子は、可動電極を振動させることで、エレクトレット膜に帯電された電荷により可動電極に誘導される電荷量を変化させて、可動電極の運動エネルギーを電圧変化として得ることができる。つまり運動エネルギーを電気エネルギーに変換することで発電するように構成されている。しかしながら、この静電誘導型変換素子は可動電極部を振動させるため、可動電極部に接続されている電気配線の信頼性が低くなってしまうことが問題であった。 An electrostatic induction conversion element provided with an electret film shown in Patent Document 1 includes a movable electrode, a fixed electrode, and an electret film that is a charge holding material made of a fluorine-based resin material or the like formed on the fixed electrode. It is constituted by. This electrostatic induction conversion element can obtain the kinetic energy of the movable electrode as a voltage change by vibrating the movable electrode to change the amount of charge induced to the movable electrode by the charge charged on the electret film. it can. That is, it is configured to generate electricity by converting kinetic energy into electrical energy. However, since this electrostatic induction conversion element vibrates the movable electrode portion, there is a problem that the reliability of the electrical wiring connected to the movable electrode portion is lowered.
そこで、特許文献2及び特許文献3では、エレクトレットを設けた電極と、対向する電極との間に設けた固体誘電体や流体を可動物として、電極間領域と電極間外領域との間を行き来させることで、電極間の電気容量を変化させ、その電気容量変化分を出力するように構成している。特許文献3で提案されている流体とは、液体、液体金属、蒸気、誘電体ビード、金属ビード、もしくはそれらの混合物である。 Therefore, in Patent Document 2 and Patent Document 3, a solid dielectric or fluid provided between an electrode provided with an electret and an opposing electrode is used as a movable object to move between the inter-electrode region and the inter-electrode outer region. By doing so, the capacitance between the electrodes is changed, and the change in the capacitance is output. The fluid proposed in Patent Document 3 is a liquid, a liquid metal, a vapor, a dielectric bead, a metal bead, or a mixture thereof.
しかしながら、特許文献2及び特許文献3で示される固体誘電体や流体の移動に起因する容量変化による発電装置では、以下のような問題があり、信頼性が低く、また得られる可動物の運動エネルギーが低いため、電極間の電気容量の変化が生じにくく、電気エネルギーの発電の効率がよくなかった。
1.液体(金属)、蒸気からなる流体では、液体あるいは蒸気であるが故に封止技術が重要となり、振動発電する時の動作信頼性が低い。また、外部振動からの力の伝達効率が低く得られる移動速度が低いため、得られる運動エネルギーも低い。また、特許文献3では、液体金属を用いる場合に水銀が好適とされているが、水銀は人体への悪影響が懸念されるため、実際に使用することは困難である。
2.誘電体ビード、もしくは金属ビードからなる流体では、ビード群の移動の際に、互いの接触によって破損が生じるために形状が変化してしまい、長期使用において一定した出力が得られない。また、ビード群流体は移動の際に地球重力の影響を強く受けるため、例えば、移動方向を重力に対して垂直とした場合、エレクトレットと電極との間にビード群が高密度に満たされる状態と満たされていない状態とを繰り返し生じさせることは困難であり、その結果、電気容量の大きな変化は得られない。
3.固体誘電体では、振動による衝撃により割れ、欠け等が起こりやすく、長期使用では安定した出力が得られない。また、一般的に質量が小さいため、得られる運動エネルギーは低い。
However, the power generation apparatus based on the capacitance change caused by the movement of the solid dielectric or fluid shown in Patent Document 2 and Patent Document 3 has the following problems, is not reliable, and the kinetic energy of the movable object to be obtained Therefore, the change in the electric capacity between the electrodes is difficult to occur, and the power generation efficiency of electric energy is not good.
1. In a fluid composed of liquid (metal) and vapor, since it is liquid or vapor, sealing technology is important, and operation reliability when generating vibration is low. Moreover, since the moving speed with which the transmission efficiency of the force from the external vibration is low is low, the obtained kinetic energy is also low. Further, in Patent Document 3, mercury is preferred when using a liquid metal, but mercury is difficult to actually use because there is a concern about adverse effects on the human body.
2. In a fluid composed of a dielectric bead or a metal bead, when the bead group moves, the shape of the fluid changes due to damage caused by mutual contact, and a constant output cannot be obtained in long-term use. In addition, since the bead group fluid is strongly influenced by the earth's gravity when moving, for example, when the moving direction is perpendicular to the gravity, the bead group is filled with high density between the electret and the electrode. It is difficult to repeatedly generate an unsatisfied state, and as a result, a large change in electric capacity cannot be obtained.
3. In a solid dielectric, cracking, chipping, etc. are likely to occur due to shock caused by vibration, and stable output cannot be obtained after long-term use. Moreover, since the mass is generally small, the obtained kinetic energy is low.
本発明は、上述した課題を解決した、信頼性が高く、発電の効率が良い静電誘導型発電装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an electrostatic induction power generation device that solves the above-described problems and has high reliability and high power generation efficiency.
上記目的を達成するために、本発明の請求項1に係る発明の静電誘導型発電装置は、絶縁体からなる筒状の管状部材を備え、前記管状部材の内部に移動可能に設けられている、少なくとも一部が固形状金属からなる可動部材と、前記管状部材に形成されている第1の電極と、前記可動部材が移動する前記管状部材内の空間を挟んで、前記第1の電極と対向した位置の前記管状部材に形成されている第2の電極とを備え、エレクトレット部が、前記第2の電極における前記第1の電極と対向する面の一部に設けられ、前記可動部材には、移動する方向と同一方向に延びる貫通孔が設けられており、前記可動部材の移動によって前記エレクトレット部と面している前記可動部材の表面積が変化することが可能な前記移動方向の長さを、前記管状部材が有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, an electrostatic induction power generating device according to a first aspect of the present invention includes a cylindrical tubular member made of an insulator, and is movably provided inside the tubular member. The first electrode sandwiching a space in the tubular member in which the movable member moves, a movable member made of at least a part of a solid metal, a first electrode formed on the tubular member, A second electrode formed on the tubular member at a position facing the first electrode, and an electret part is provided on a part of the surface of the second electrode facing the first electrode, and the movable member Is provided with a through-hole extending in the same direction as the moving direction, and the moving direction is such that the surface area of the movable member facing the electret part can be changed by the movement of the movable member. The tubular part Characterized in that a.
また、本発明の請求項2に係る発明の静電誘導型発電装置は、請求項1に記載の発明の構成に加え、前記管状部材の前記移動方向の両端には、移動規制部が設けられており、前記可動部材は、前記管状部材の内部に往復移動可能に設けられていることを特徴とする。 In addition to the configuration of the invention according to claim 1, the electrostatic induction power generating device according to claim 2 of the present invention is provided with a movement restricting portion at both ends in the movement direction of the tubular member. The movable member is provided inside the tubular member so as to be reciprocally movable.
また、本発明の請求項3に係る発明の静電誘導型発電装置は、請求項2に記載の発明の構成に加え、前記移動規制部の内面側には、弾力性のある緩衝体が設けられていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in addition to the configuration of the second aspect of the present invention, an elastic buffer is provided on the inner surface side of the movement restricting portion. It is characterized by being.
また、本発明の請求項4に係る発明の静電誘導型発電装置は、請求項1乃至3に記載の発明の構成に加え、前記管状部材と前記可動部材とは、同じ断面形状であることを特徴とする。 Further, in the electrostatic induction power generating device according to the fourth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect, the tubular member and the movable member have the same cross-sectional shape. It is characterized by.
また、本発明の請求項5に係る発明の静電誘導型発電装置は、請求項1乃至4の記載の発明の構成に加え、前記可動部材は、固形状金属と絶縁体とが移動方向に交互に積層されることによって構成され、そのうち少なくとも2層が前記固形状金属であり、前記エレクトレット部は、エレクトレットが形成されている箇所と形成されていない箇所とが前記可動部材の移動方向に交互に形成され、そのうち少なくとも2箇所はエレクトレットが形成されていることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first to fourth aspects, the movable member includes a solid metal and an insulator in the moving direction. It is configured by being laminated alternately, and at least two of them are the solid metal, and the electret portion has a place where the electret is formed and a place where the electret is not formed alternately in the moving direction of the movable member. The electret is formed in at least two places among them.
請求項1に係る発明の静電誘導型発電装置は、絶縁体からなる筒状の管状部材を備え、前記管状部材の内部に移動可能に設けられている、少なくとも一部が固形状金属からなる可動部材と、前記管状部材に形成されている第1の電極と、前記可動部材が移動する前記管状部材内の空間を挟んで、前記第1の電極と対向した位置の前記管状部材に形成されている第2の電極とを備え、エレクトレット部が、前記第2の電極における前記第1の電極と対向する面の一部に設けられ、前記可動部材には、移動する方向と同一方向に延びる貫通孔が設けられており、前記可動部材の移動によって前記エレクトレット部と面している前記可動部材の表面積が変化することが可能な前記移動方向の長さを、前記管状部材が有している。本発明は可動部材が固形状金属であり、前記可動部材に前記貫通孔が設けられているため、高い運動エネルギーが得られ、耐久性に富んだ静電誘導型発電装置を安価に得ることができる。 An electrostatic induction power generating device according to a first aspect of the present invention includes a cylindrical tubular member made of an insulator, and is provided movably inside the tubular member. At least a portion is made of a solid metal. A movable member, a first electrode formed on the tubular member, and a tubular member at a position facing the first electrode across a space in the tubular member in which the movable member moves. The electret part is provided on a part of the surface of the second electrode facing the first electrode, and the movable member extends in the same direction as the moving direction. A through hole is provided, and the tubular member has a length in the moving direction in which the surface area of the movable member facing the electret portion can be changed by the movement of the movable member. . In the present invention, since the movable member is a solid metal and the through hole is provided in the movable member, high kinetic energy can be obtained, and a durable electrostatic induction power generating device can be obtained at low cost. it can.
請求項2に係る発明の静電誘導型発電装置は、請求項1に記載の発明の効果に加え、前記管状部材の前記移動方向の両端には、移動規制部が設けられており、前記可動部材は、前記管状部材の内部に往復移動可能に設けられている。前記可動部材が前記管状部材の内部を往復運動することにより、より効率的に運動エネルギーを得ることができ、ひいては電気エネルギーをより効率的に得ることができる。 In addition to the effect of the invention according to claim 1, the electrostatic induction power generating device according to claim 2 is provided with a movement restricting portion at both ends in the movement direction of the tubular member, and the movable The member is provided in the tubular member so as to be reciprocally movable. When the movable member reciprocates inside the tubular member, kinetic energy can be obtained more efficiently, and thus electric energy can be obtained more efficiently.
請求項3に係る発明の静電誘導型発電装置は、請求項2に記載の発明の効果に加え、前記移動規制部の内面側に、弾力性のある緩衝体が設けられていることにより、可動部材である固形状金属の破損を防止することができる。 In addition to the effect of the invention according to claim 2, the electrostatic induction power generating device of the invention according to claim 3 is provided with an elastic buffer on the inner surface side of the movement restricting portion. Damage to the solid metal that is the movable member can be prevented.
請求項4に係る発明の静電誘導型発電装置は、請求項1乃至3に記載の発明の効果に加え、前記管状部材と前記可動部材とが、同じ断面形状であることにより、可動部材と前記第1の電極及び前記第2の電極との間の距離をより短くすることが可能となり、より発電効率を上げることができる。 According to a fourth aspect of the present invention, in addition to the effect of the first to third aspects, the tubular member and the movable member have the same cross-sectional shape, The distance between the first electrode and the second electrode can be further shortened, and the power generation efficiency can be further increased.
請求項5に係る発明の静電誘導型発電装置は、請求項1乃至4に記載の発明の効果に加え、前記可動部材は、固形状金属と絶縁体とが移動方向に交互に積層されることによって構成され、そのうち少なくとも2層が前記固形状金属であり、前記エレクトレット部は、エレクトレットが形成されている箇所と形成されていない箇所が交互に形成され、そのうち少なくとも2箇所はエレクトレットが形成されていることにより、可動部材の小さな動きで複数箇所にて同時に電気容量変化が発生するため、発電効率を向上させることができる。 According to a fifth aspect of the present invention, in addition to the effects of the first to fourth aspects, the movable member has the solid metal and the insulator alternately stacked in the moving direction. And at least two layers are the solid metal, and the electret part is formed alternately with the place where the electret is formed and the place where the electret is not formed, and at least two of them are formed with the electret As a result, a change in electric capacity occurs simultaneously at a plurality of locations with a small movement of the movable member, so that power generation efficiency can be improved.
<第1実施形態>
以下、本発明の静電誘導型発電装置について、図面を参照して説明する。図1は、第1実施形態の静電誘導型発電装置1の縦断正面図である。図2は、図1に示す第1実施形態の静電誘導型発電装置のA−A’線における矢視方向断面図である。なお、以降の説明では、図面上側を上方、その反対方向を下方と定義して説明する。
<First Embodiment>
Hereinafter, an electrostatic induction power generating device of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal front view of an electrostatic induction power generating device 1 according to a first embodiment. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of the electrostatic induction power generating device of the first embodiment shown in FIG. In the following description, the upper side of the drawing is defined as the upper side, and the opposite direction is defined as the lower side.
静電誘導型発電装置1は、図1乃至図2に示す通り、管状部材2と、管状部材2の内面の一部に設けられている第1の電極3と、第1の電極3と対向して管状部材2の外面に設けられている、一部にエレクトレット部7が形成されている第2の電極5と、管状部材2内を長手方向に自在に移動することのできる可動部材9とから構成されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the electrostatic induction power generation device 1 is opposite to the tubular member 2, the first electrode 3 provided on a part of the inner surface of the tubular member 2, and the first electrode 3. A second electrode 5 provided on the outer surface of the tubular member 2 and having a part of the electret 7 formed thereon, and a movable member 9 capable of freely moving in the longitudinal direction within the tubular member 2; It is composed of
管状部材2は、アクリル樹脂からなる四角筒形状であり、その内部には空間2aが、管状部材2の長手方向端部が開放されて設けられている。管状部材2の長さは、その内部の空間2aにおいて可動部材9が移動した際に、エレクトレット部7と面している可動部材9の表面積が変化することが可能な長さである。管状部材2の長手方向の開放端部2b、2cには、移動規制部12b、12cが管状部材2に接着されて設けられている。移動規制部12b、12cは、空間2aから可動部材9が出ないように、開放端部2b、2cを塞ぐように設けられている。図1、図2の例では、移動規制部12b、12cとして平板状の部材が設けられており、空間2aは完全に密閉されている。移動規制部12b、12cはアクリル樹脂にて構成されている。 The tubular member 2 has a rectangular tube shape made of acrylic resin, and a space 2a is provided inside the tubular member 2 with an end portion in the longitudinal direction of the tubular member 2 being opened. The length of the tubular member 2 is such a length that the surface area of the movable member 9 facing the electret part 7 can be changed when the movable member 9 moves in the space 2a inside. Movement restricting portions 12 b and 12 c are attached to the tubular member 2 at open ends 2 b and 2 c in the longitudinal direction of the tubular member 2. The movement restricting portions 12b and 12c are provided so as to block the open end portions 2b and 2c so that the movable member 9 does not come out of the space 2a. In the example of FIGS. 1 and 2, flat members are provided as the movement restricting portions 12b and 12c, and the space 2a is completely sealed. The movement restricting portions 12b and 12c are made of acrylic resin.
なお、本実施形態では、管状部材2は四角筒形状にて例示したが、この形状には限定されず、例えば、円筒形状、楕円筒形状、その他の多角筒形状であってもよい。また、開放端部2b、2cは移動規制部12b、12cにて完全密閉するとしたが、可動部材9が空間2aから出ないように移動を規制できれば必ずしも完全に密閉する必要はなく、例えば格子状のものであってもよい。 In addition, in this embodiment, although the tubular member 2 was illustrated by the square cylinder shape, it is not limited to this shape, For example, a cylindrical shape, an elliptical cylinder shape, and another polygonal cylinder shape may be sufficient. Further, the open end portions 2b and 2c are completely sealed by the movement restricting portions 12b and 12c. However, if the movement can be restricted so that the movable member 9 does not come out of the space 2a, it is not always necessary to completely seal, for example, a lattice shape. It may be.
移動規制部12b、12cの内面には略直方体形状を有する緩衝体17b、17cが管状部材2、移動規制部12b、12cに接着されて設けられている。緩衝体17b、17cは、弾力性のある物質により形成されており、その材質の例としては、イソプレンゴム、ニトリルゴム、ブタジエンゴム等が挙げられる。 On the inner surfaces of the movement restricting portions 12b and 12c, buffer bodies 17b and 17c having a substantially rectangular parallelepiped shape are provided by being bonded to the tubular member 2 and the movement restricting portions 12b and 12c. The buffer bodies 17b and 17c are made of an elastic material, and examples of the material include isoprene rubber, nitrile rubber, and butadiene rubber.
第1の電極3は、管状部材2の下側面の内面に接着、固定されて設けられている。本実施例では、第1の電極3は、低抵抗ステンレス板にて形成されている。第1の電極3は、管状部材2に形成されている図示しない孔を通して管状部材2の外部に延出している配線20と接続されている。第1の電極3の材質は、低抵抗ステンレス板以外では、Al、Ti、Cr等の金属でも、樹脂等の絶縁性基材に上述した金属の薄膜を形成したものでもよい。 The first electrode 3 is provided by being bonded and fixed to the inner surface of the lower surface of the tubular member 2. In the present embodiment, the first electrode 3 is formed of a low resistance stainless steel plate. The first electrode 3 is connected to a wiring 20 extending outside the tubular member 2 through a hole (not shown) formed in the tubular member 2. The material of the first electrode 3 may be a metal such as Al, Ti, or Cr other than the low-resistance stainless steel plate, or may be a material in which the above-described metal thin film is formed on an insulating substrate such as a resin.
第2の電極5は、管状部材2の、第1の電極3が形成されている面と対向している面の外面の、長手方向の中央に位置して形成されている。本実施例では、第2の電極5は、Alフィルムにて形成されている。第2の電極5は、Alフィルム以外では、Ti、Cr等の金属やステンレスの一体物でもよく、また樹脂等の絶縁性基材に上述した金属の薄膜を形成したものでもよい。 The 2nd electrode 5 is formed in the center of the longitudinal direction of the outer surface of the surface facing the surface in which the 1st electrode 3 of the tubular member 2 is formed. In the present embodiment, the second electrode 5 is formed of an Al film. Other than the Al film, the second electrode 5 may be an integral body of a metal such as Ti or Cr, or stainless steel, or may be one obtained by forming the above-described metal thin film on an insulating substrate such as a resin.
エレクトレット部7は、第2の電極5の、管状部材2に面した側に形成されている。本実施例では、エレクトレット部7はフッ素系樹脂の膜として形成されている。このエレクトレット部7は、第2の電極5を形成しているAlフィルムに対し、ディップ法にてフッ素系樹脂膜を塗布した後、熱処理して膜形成し、この膜に対しコロナ放電により電子が注入されている。エレクトレット部7は、約−100〜−2000Vの電位に調整されている。 The electret part 7 is formed on the side of the second electrode 5 facing the tubular member 2. In this embodiment, the electret part 7 is formed as a film of a fluororesin. The electret portion 7 is formed by applying a fluorine resin film to the Al film forming the second electrode 5 by a dipping method and then heat-treating the film, and electrons are applied to the film by corona discharge. Being injected. The electret part 7 is adjusted to a potential of about −100 to −2000V.
なお、第2の電極5及びエレクトレット部7は、管状部材2の外面に、絶縁性テープ13にて固定されている。この絶縁性テープ13には図示しない孔が設けられており、その孔を通して、第2の電極5に配線20が接続されている。 The second electrode 5 and the electret part 7 are fixed to the outer surface of the tubular member 2 with an insulating tape 13. The insulating tape 13 is provided with a hole (not shown), and the wiring 20 is connected to the second electrode 5 through the hole.
可動部材9は、低抵抗ステンレスからなる固形状金属によって形成された四角柱である。可動部材は、管状部材2内の空間2aに対して、断面方向の大きさをほぼ同じに形成されており、空間2aの長手方向にのみ自在に移動する。 The movable member 9 is a quadrangular column made of a solid metal made of low resistance stainless steel. The movable member is formed in substantially the same size in the cross-sectional direction with respect to the space 2a in the tubular member 2, and moves freely only in the longitudinal direction of the space 2a.
なお、可動部材9の形状は四角柱にて例示したが、この形状には限定されない。ただし、管状部材2内部の空間2aと同じ断面形状を有することが望ましい。 In addition, although the shape of the movable member 9 was illustrated with the quadrangular prism, it is not limited to this shape. However, it is desirable to have the same cross-sectional shape as the space 2 a inside the tubular member 2.
また、可動部材9には、移動方向に延びる貫通孔15が設けられている。貫通孔15は四角形の断面形状をなす。なお、貫通孔の断面形状は四角形には限定されず、任意の形状をとることができる。 The movable member 9 is provided with a through hole 15 extending in the moving direction. The through hole 15 has a quadrangular cross-sectional shape. The cross-sectional shape of the through hole is not limited to a quadrangle, and can be any shape.
次に、本実施形態の静電誘導型発電装置1の動作を説明する。まず、本実施形態の静電誘導型発電装置1を管状部材2の長手方向に振動させる。振動させたことにより静電誘導型発電装置1に加えられた力は、可動部材9の運動エネルギーとして伝達される。可動部材9は、加えられた力と管状部材2との摩擦力、気体からの抵抗力などから得られる総合的な力によって与えられる速度で、空間2a内を長手方向に往復移動し、第1の電極3と第2の電極5の間の空間に出入りする。第1の電極3と第2の電極5との間の空間には、エレクトレット部7の帯電による電場が形成されている。可動部材9がこの電場に進入し、エレクトレット部7に面する可動部材9の面積が増大した際には、電極間の電気容量が増加する。更に可動部材9が移動して、上述した電場から抜出し、エレクトレット部7に面する可動部材9の面積が減少すると、電極間の電気容量が減少する。静電誘導型発電装置1を振動させることにより、可動部材9が第1の電極3と第2の電極5との間の空間への出入りを繰り返し、そのことで、第1の電極3と第2の電極5の間に形成されている電場の電気容量は上昇と降下を繰り返し、交番電流を得ることができる。第1の電極3及び第2の電極5を外部負荷(配線20)に結線することで、電気エネルギーを取り出すことができる。 Next, the operation of the electrostatic induction power generating device 1 of this embodiment will be described. First, the electrostatic induction power generating device 1 of the present embodiment is vibrated in the longitudinal direction of the tubular member 2. The force applied to the electrostatic induction power generation device 1 due to the vibration is transmitted as kinetic energy of the movable member 9. The movable member 9 reciprocates in the longitudinal direction in the space 2a at a speed given by the total force obtained from the applied force and the frictional force between the tubular member 2 and the resistance force from the gas. The electrode 3 enters and exits the space between the second electrode 5 and the second electrode 5. In the space between the first electrode 3 and the second electrode 5, an electric field is formed by charging of the electret part 7. When the movable member 9 enters the electric field and the area of the movable member 9 facing the electret portion 7 increases, the electric capacity between the electrodes increases. Further, when the movable member 9 moves and is extracted from the above-described electric field and the area of the movable member 9 facing the electret portion 7 decreases, the electric capacity between the electrodes decreases. By vibrating the electrostatic induction power generating device 1, the movable member 9 repeatedly goes into and out of the space between the first electrode 3 and the second electrode 5, so that the first electrode 3 and the first electrode 3 The electric capacity of the electric field formed between the two electrodes 5 repeatedly increases and decreases, and an alternating current can be obtained. Electrical energy can be extracted by connecting the first electrode 3 and the second electrode 5 to an external load (wiring 20).
本実施例の静電誘導型発電装置1は、上述した通り、第1の電極3と第2の電極5に設けられたエレクトレット部7との間の空間に可動部材9を移動させることによる電場の容量変化を発電の出力に利用しているため、可動部材9に配線を結線する必要がないので、配線部が移動することがなく、よって高い信頼性が得られる。 As described above, the electrostatic induction power generating device 1 of the present embodiment is an electric field generated by moving the movable member 9 to the space between the electret portion 7 provided on the first electrode 3 and the second electrode 5. Since the capacity change is used for the output of power generation, it is not necessary to connect the wiring to the movable member 9, so that the wiring portion does not move, and thus high reliability is obtained.
また、本実施例の静電誘導型発電装置1は、可動部材9が固形状金属で形成されている。流体と比較して外部の力の伝達効率が良いため、移動速度が高くなり、得られる電気エネルギーの変換元になる運動エネルギーが高い。さらに発電のための容量変化に固形状金属からなる可動部材の移動を利用するため、流体や固形状誘電体可動部材と比較して、大きな電気容量の変化が得られる。また、固形状の金属は一般に良好な延性・展性を示すため、固形状の誘電体と比較して、振動衝撃による割れ・欠けに対する耐性が高く、耐久性に優れている。さらに、液体、液体金属、蒸気を可動部材に使用する場合と比べ、高度な封止技術を必要としないため、安価に発電装置を得ることができる。 Further, in the electrostatic induction power generating device 1 of the present embodiment, the movable member 9 is formed of a solid metal. Since the external force transmission efficiency is good compared to the fluid, the moving speed is high, and the kinetic energy that is the source of conversion of the obtained electrical energy is high. Further, since the movement of the movable member made of a solid metal is used for the capacity change for power generation, a large change in electric capacity can be obtained as compared with the fluid or the solid dielectric movable member. In addition, since solid metals generally exhibit good ductility and malleability, they are more resistant to cracking and chipping due to vibration impacts and are more durable than solid dielectrics. Furthermore, compared with the case where liquid, liquid metal, or vapor is used for the movable member, an advanced sealing technique is not required, so that the power generation device can be obtained at low cost.
さらに可動部材9が貫通孔15を備えることから、貫通孔15が通気口になり、移動による空気の抵抗を減少することができるため、高い速度が得られ、得られる電気エネルギーの変換元になる運動エネルギーが高くなる。これは本実施例のように可動部材9が管状部材2のような閉じた空間にある場合には特に有効である。 Furthermore, since the movable member 9 includes the through-hole 15, the through-hole 15 becomes a vent hole, and air resistance due to movement can be reduced, so that a high speed can be obtained and the electric energy can be converted. Kinetic energy increases. This is particularly effective when the movable member 9 is in a closed space such as the tubular member 2 as in this embodiment.
また、本実施例の静電誘導型発電装置1は、可動部材9の断面形状が管状部材2と同じであることから、可動部材9を、第1の電極3や第2の電極5に一層近付けることが可能となる。エレクトレット部7と可動部材9との間の距離が近ければ近い程、電極間の電気容量が増大する。そのため、可動部材9が電極間の電場に進入した際の電極間の電気容量の変化量をより大きくすることが可能となり、より発電効率を高めることができる。 Moreover, since the cross-sectional shape of the movable member 9 is the same as that of the tubular member 2 in the electrostatic induction power generating device 1 of the present embodiment, the movable member 9 is layered on the first electrode 3 and the second electrode 5. It becomes possible to approach. The closer the distance between the electret part 7 and the movable member 9, the greater the capacitance between the electrodes. For this reason, it is possible to increase the amount of change in the electric capacity between the electrodes when the movable member 9 enters the electric field between the electrodes, thereby further improving the power generation efficiency.
また、本実施例の静電誘導型発電装置1は、管状部材2の両端部に弾力性のある緩衝体17b、17cが設けられていることにより、可動部材9と移動規制部12b、12cの接触による破損を防止することができる。 Further, the electrostatic induction power generating device 1 of the present embodiment is provided with elastic buffer bodies 17b and 17c at both ends of the tubular member 2, so that the movable member 9 and the movement restricting portions 12b and 12c Damage due to contact can be prevented.
なお、管状部材2内の空間2aの長手方向の長さ、特に緩衝体17b、17cの端面から第二の電極5の端部までの長さは、可動部材9と同じ、もしくはやや大きく設定することが好ましい。この場合、第1の電極3と第2の電極5との間の空間の電気容量の変化量が最大となり、最も効率よく発電を行うことが可能となる。 The length in the longitudinal direction of the space 2 a in the tubular member 2, particularly the length from the end face of the buffer bodies 17 b and 17 c to the end of the second electrode 5 is set to be the same as or slightly larger than that of the movable member 9. It is preferable. In this case, the amount of change in the capacitance of the space between the first electrode 3 and the second electrode 5 is maximized, and power generation can be performed most efficiently.
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態の静電誘導型発電装置について、図面を参照して説明する。図3は第2実施形態の静電誘導型発電装置の縦断面図である。図4は図3に示す第2実施形態の静電誘導型発電装置のB−B’線における矢視方向断面図である。また、図5は図3に示す第2実施形態の静電誘導型発電装置のC−C’線における矢視方向断面図である。
Second Embodiment
Next, an electrostatic induction power generating device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the electrostatic induction power generating device of the second embodiment. FIG. 4 is a cross-sectional view in the direction of the arrows along the line BB ′ of the electrostatic induction power generating device of the second embodiment shown in FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view in the direction of the arrows along the line CC ′ of the electrostatic induction power generating device of the second embodiment shown in FIG.
第2の実施形態の静電誘導型発電装置100は図3乃至図5に示す通り、管状部材2と、管状部材2の内面の一部に設けられている第1の電極3と、第1の電極3と対向して管状部材2の外面に設けられている、一部にエレクトレット部107が形成されている第2の電極105と、管状部材2内を自在に移動することのできる可動部材109とから構成されている。第1実施形態の静電誘導型発電装置1と比べ、エレクトレット部107及び可動部材109の構成が異なっている。以降の説明は、第1実施形態と異なる点についてのみ行い、第1実施形態と同様の点については、同様の符号を付し、説明を省略する。 As shown in FIGS. 3 to 5, the electrostatic induction power generating device 100 of the second embodiment includes a tubular member 2, a first electrode 3 provided on a part of the inner surface of the tubular member 2, and a first electrode. A second electrode 105 having an electret portion 107 formed in part, and a movable member that can move freely in the tubular member 2. 109. Compared to the electrostatic induction power generation device 1 of the first embodiment, the configurations of the electret part 107 and the movable member 109 are different. The following description will be made only on points that are different from the first embodiment, and the same points as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
エレクトレット部107は、第2の電極105の、管状部材2に面した側に設けられている。エレクトレット部107は、エレクトレット117を、長手方向に間隔をおいて3箇所設けて形成される。エレクトレット117の材質、形成方法は第1実施形態のエレクトレット部7と同一であるため、記載を省略する。 The electret part 107 is provided on the second electrode 105 on the side facing the tubular member 2. The electret portion 107 is formed by providing three electrets 117 at intervals in the longitudinal direction. Since the material and formation method of the electret 117 are the same as those of the electret portion 7 of the first embodiment, description thereof is omitted.
可動部材109は、第1実施形態の可動部材9を移動方向に分断した形状である固形状金属部119と、同様の形状かつ同様の大きさの絶縁体からなる絶縁部129とを移動方向に交互に積層させることで形成される。また、可動部材109には移動方向に延びる貫通孔115が設けられている。本実施例では、積層数は固形状金属部119が3層、絶縁部129が2層であり、可動部材109の移動方向(長手方向)の全長は第1実施形態の可動部材9と同様である。絶縁体129にはアクリル樹脂を用いた。 The movable member 109 includes a solid metal part 119 having a shape obtained by dividing the movable member 9 of the first embodiment in the moving direction and an insulating part 129 made of an insulator having the same shape and the same size in the moving direction. It is formed by alternately laminating. The movable member 109 is provided with a through hole 115 extending in the moving direction. In this example, the number of stacked layers is three for the solid metal part 119 and two for the insulating part 129, and the total length in the moving direction (longitudinal direction) of the movable member 109 is the same as that of the movable member 9 of the first embodiment. is there. An acrylic resin was used for the insulator 129.
本実施例の静電誘導型発電装置100の動作は、第1実施形態と同様である。ただし、可動部材109の移動方向に固形状金属部119と絶縁部129とが交互に積層され、かつエレクトレット部107が少なくとも2つのエレクトレット117が、管状部材2の長手方向に間隔をおいて設けられていることにより、第1の電極3と第2の電極105との間に複数の電場が形成され、そこに複数の固形状金属が出入りすることが可能になる。そのことにより、可動部材の小さな動きで複数箇所にて同時に電気容量変化が発生するため、発電効率を向上させることができる。よって、第一の実施形態と異なり、管状部材2内の空間2aの長手方向の長さの中で緩衝体17b、17cの端面から第二の電極105の端部までの長さを、可動部材109よりも小さく設定することも可能である。また、可動物が金属と樹脂の積層なので振動による衝撃耐性も高く、信頼性の高い発電装置となる。 The operation of the electrostatic induction power generating device 100 of this example is the same as that of the first embodiment. However, the solid metal portions 119 and the insulating portions 129 are alternately stacked in the moving direction of the movable member 109, and the electret portion 107 is provided with at least two electrets 117 spaced apart in the longitudinal direction of the tubular member 2. As a result, a plurality of electric fields are formed between the first electrode 3 and the second electrode 105, and a plurality of solid metals can enter and exit there. As a result, a change in electric capacity is simultaneously generated at a plurality of locations with a small movement of the movable member, so that power generation efficiency can be improved. Therefore, unlike the first embodiment, the length from the end face of the buffer bodies 17b and 17c to the end portion of the second electrode 105 in the length in the longitudinal direction of the space 2a in the tubular member 2 is set as the movable member. It is also possible to set a value smaller than 109. In addition, since the movable object is a laminate of metal and resin, the impact resistance due to vibration is high, and the power generator is highly reliable.
なお、エレクトレット部107を形成する3箇所のエレクトレット117の幅及び間隔と、可動部材109を形成する3つの固形状金属119の幅(厚さ)及び間隔とが同じであると、複数箇所での電気容量変化が同期して発生し、より効率のよい発電ができるため、より望ましい。 In addition, when the width and thickness of the three electrets 117 that form the electret part 107 and the width (thickness) and spacing of the three solid metals 119 that form the movable member 109 are the same, It is more desirable because the change in electric capacity occurs in synchronism and more efficient power generation is possible.
なお、本発明は、詳述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えてもよい。例えば、第1の電極3は管状部材2の内面ではなく、管状部材2の外面や内部に形成されていてもよい。また、第2の電極5、105は管状部材2の外面ではなく、内面にあってもよい。これらの電極の位置の組合せがいずれの組み合わせてあっても、可動部材9、109が移動することにより、電極間の電気容量は変化し、電気エネルギーを取り出すことが可能である。 The present invention is not limited to the embodiments described in detail, and various modifications may be made without departing from the gist of the present disclosure. For example, the first electrode 3 may be formed not on the inner surface of the tubular member 2 but on the outer surface or inside of the tubular member 2. Further, the second electrodes 5 and 105 may be provided not on the outer surface of the tubular member 2 but on the inner surface. Regardless of the combination of the positions of these electrodes, the electric capacity between the electrodes changes and the electric energy can be extracted by moving the movable members 9 and 109.
1 静電誘導型発電装置
2 管状部材
3 第1の電極
5 第2の電極
7 エレクトレット部
9 可動部材
12b、12c 移動規制部
15 貫通孔
100 第2実施形態の静電誘導型発電装置
105 第2の電極
107 エレクトレット部
109 可動部材
117 エレクトレット
119 固形状金属部
129 絶縁部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Static induction type generator 2 Tubular member 3 1st electrode 5 2nd electrode 7 Electret part 9 Movable members 12b and 12c Movement control part 15 Through-hole 100 Static induction type generator 105 of 2nd Embodiment 2nd Electrode 107 electret part 109 movable member 117 electret 119 solid metal part 129 insulating part
Claims (5)
前記管状部材の内部に移動可能に設けられている、少なくとも一部が固形状金属からなる可動部材と、
前記管状部材に形成されている第1の電極と、
前記可動部材が移動する前記管状部材内の空間を挟んで、前記第1の電極と対向した位置の前記管状部材に形成されている第2の電極と、
を備え、
エレクトレット部が、前記第2の電極における前記第1の電極と対向する面の一部に設けられ、
前記可動部材には、移動する方向と同一方向に延びる貫通孔が設けられており、
前記可動部材の移動によって前記エレクトレット部と面している前記可動部材の表面積が変化することが可能な前記移動方向の長さを、前記管状部材が有することを特徴とする静電誘導型発電装置。 A cylindrical tubular member made of an insulator is provided,
A movable member which is provided inside the tubular member so as to be movable, and at least part of which is made of a solid metal;
A first electrode formed on the tubular member;
A second electrode formed on the tubular member at a position facing the first electrode across a space in the tubular member in which the movable member moves;
With
An electret part is provided on a part of the surface of the second electrode facing the first electrode;
The movable member is provided with a through hole extending in the same direction as the moving direction,
The electrostatic induction generator according to claim 1, wherein the tubular member has a length in the moving direction in which a surface area of the movable member facing the electret portion can be changed by the movement of the movable member. .
前記エレクトレット部は、エレクトレットが形成されている箇所と形成されていない箇所とが前記可動部材の移動方向に交互に形成され、そのうち少なくとも2箇所はエレクトレットが形成されていることを特徴とする請求項1乃至4に記載の静電誘導型発電装置。 The movable member is configured by alternately laminating a solid metal and an insulator in the moving direction, at least two of which are the solid metal,
The electret portion is formed such that a portion where the electret is formed and a portion where the electret is not formed are alternately formed in the moving direction of the movable member, and at least two of the electret portions are formed with the electret. The electrostatic induction power generating device according to 1 to 4.
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