TOP特許意匠商標
特許ウォッチ DM通知 Twitter
10個以上の画像は省略されています。
公開番号2022088100
公報種別公開特許公報(A)
公開日2022-06-14
出願番号2020200359
出願日2020-12-02
発明の名称静電発電装置
出願人ストローブ株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H02N 1/08 20060101AFI20220607BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】 本発明は、破損し難く高効率な静電発電装置を提供することを目的とする。
【解決手段】
静電発電装置100において、導体62と前記導体62の両面を絶縁保護する絶縁体61とからなる複数の電極フィルム60を積層して構成された複数の層13を有する静電発電素子10を備え、前記層13の各々は、互いに対向する前記電極フィルム60どうしの少なくとも一部が隙間を空けて対向するように構成され、前記静電発電素子10は、前記電極フィルム60の積層方向に外力により伸縮変形可能であり、前記層13の各々は、前記電極フィルム60の電極間距離dの増加に応じて、電極間距離dの増加に抗する弾性力が非線形的に増加するようにした。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
静電発電装置において、
導体と前記導体の両面を絶縁保護する絶縁体とからなる複数の電極フィルムを積層して構成された複数の層を有する静電発電素子を備え、
前記層の各々は、互いに対向する前記電極フィルムどうしの少なくとも一部が隙間を空けて対向するように構成され、
前記静電発電素子は、前記電極フィルムの積層方向に外力により伸縮変形可能であり、
前記層の各々は、前記電極フィルムの電極間距離の増加に応じて、電極間距離の増加に抗する弾性力が非線形的に増加することを特徴とする、静電発電装置。
続きを表示(約 1,800 文字)【請求項2】
請求項1に記載の静電発電装置において、
前記電極フィルムは、対向する別の前記電極フィルムに接合した接合領域と接合していない非接合領域とを有し、前記接合領域と前記非接合領域とは波状パターンを有し、
複数の前記電極フィルムは、第1の電極フィルムと、前記第1の電極フィルムに対向する第2の電極フィルムと、前記第2の電極フィルムに対向する第3の電極フィルムとが、前記第1の電極フィルムと前記第2の電極フィルムとの接合領域と、前記第2の電極フィルムと前記第3の電極フィルムとの接合領域とが前記積層方向に互いに重ならないように積層されたことを特徴とする、静電発電装置。
【請求項3】
請求項1に記載の静電発電装置において、
前記静電発電素子の複数の前記電極フィルムは、
前記静電発電素子の前記積層方向の一方の側に隣接する前記電極フィルムに接合されるための複数の第1接合領域であって、ストライプ状にそれぞれ平行に延在する、第1接合領域と、他方の側に隣接する前記電極に接合されるための複数の第2接合領域であって、前記第1接合領域に平行、かつ、隣り合う前記第1接合領域どうしの間にそれぞれ配列された、第2接合領域とを有する第4の電極フィルムと、
前記第4の電極フィルムに接合された第5の電極フィルムとからなり、
前記静電発電素子は、接合された前記第4の電極フィルムと前記第5の電極フィルムとの電極ペアを積層した構造を有し、
隣り合う前記電極ペアは、一方の前記電極ペアの前記第1接合領域及び前記第2接合領域と、他方の前記電極ペアの前記第1接合領域及び前記第2接合領域とが直交するように積層された、静電発電装置。
【請求項4】
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の静電発電装置において、前記静電発電素子は、2枚のリボン状の前記電極フィルムを互いに直交する方向に交互に折り重ねた構造を有することを特徴とする、静電発電装置。
【請求項5】
請求項4に記載の静電発電装置において、一方の前記電極フィルムは他方の前記電極フィルムと対向する領域に位置する電極部と前記電極部を連結するヒンジ部とを有し、前記電極部の前記絶縁体の厚さt1は、前記ヒンジ部の前記絶縁体の厚さt2よりも厚いことを特徴とする、静電発電装置。
【請求項6】
請求項1乃至5のいずれか1項に記載の静電発電装置において、前記静電発電素子は、電極間距離の増加量の2乗以上に比例して弾性力が増加することを特徴とする、静電発電装置。
【請求項7】
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の静電発電装置において、
前記静電発電素子に初期電圧を印加する電圧印加手段と
前記静電発電素子に電気的に直列に接続されたインダクタと、を備えたことを特徴とする、静電発電装置。
【請求項8】
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の静電発電装置において、
前記静電発電素子と、インダクタと、前記静電発電素子に初期電圧を印加するバッテリとを備え、
前記静電発電素子と前記インダクタと前記バッテリとは電気的に直列に接続されたことを特徴とする、静電発電装置。
【請求項9】
請求項7または8に記載の静電発電装置において、前記静電発電素子の静電容量Cと、前記インダクタのインダクタンスLと、前記静電発電素子を含む発電部の振動角周波数ωとの間に、
TIFF
2022088100000005.tif
25
113
の関係があることを特徴とする、静電発電装置。
【請求項10】
請求項7乃至9のいずれか1項に記載の静電発電装置において、
前記インダクタのインダクタンスLを可変にするインダクタンス制御装置をさらに備え、前記インダクタンス制御装置は、外力による前記静電発電素子の振動の位相に対して、前記静電発電素子に印加される電圧位相が進んでいる場合は前記インダクタンスLを増やし、前記静電発電素子に印加される電圧位相が遅れている場合は前記インダクタンスLを減らすことを特徴とする、静電発電装置。
(【請求項11】以降は省略されています)

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、静電発電素子を発電素子として利用した静電発電装置に関する。
続きを表示(約 2,800 文字)【背景技術】
【0002】
従来、複数の電極を積層して構成された誘電エラストマーを発電素子として用いた発電装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。この種の発電装置では、電圧を印加して内部に静電力を発生させた状態の誘電エラストマーを外力で伸長させ、伸長させた際に増加する静電エネルギーを電力として取り出していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2018-19490号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
誘電エラストマーを用いた発電素子は、シート状の誘電エラストマーの両面に柔軟な電極を配置した構造をしており、外力による誘電エラストマーの面方向の伸長または収縮に応じた電極間距離と電極断面積の変化を利用して発電している。すなわち、電極間距離は誘電エラストマーのバネ特性に起因する誘電エラストマーのバネ力と外力との釣り合いで決まる。一般に、エラストマーは線形なバネ特性を有するため、誘電エラストマーは外力の大きさに略比例して伸長および収縮をする。
【0005】
したがって、従来の技術による発電装置では、大きな発電量を得るには外力による誘電エラストマーの変形量が大きい、すなわち柔らかい誘電エラストマーを用いることが望ましいと推察される。しかしながら、柔らかすぎる誘電エラストマーを用いた場合は外力で破損してしまう恐れがあった。一方で、発電素子として硬すぎる誘電エラストマーを用いた場合は発電量が小さい。以上のように、誘電エラストマーを用いた発電素子の発電量の大きさと発電素子の堅牢性はトレードオフの関係にあった。
【0006】
同様に、誘電エラストマーを用いた発電素子は外力によりエラストマーのみならず電極も変形する構造が一般に採用される。しかしながら、振動を繰り返す発電用途において、繰り返しの変形により発生する電極内の繰返し応力により電極の劣化が発生する。すなわち、大きな発電量を得るには電極も大変形する必要があるが、これは材料劣化を加速させる。したがって、エラストマーと同様、電極においても発電量の大きさと発電素子の堅牢性のトレードオフが発生していた。
【0007】
本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、破損し難く高効率な静電発電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】
【0008】
本発明は、静電発電装置において、導体と前記導体の両面を絶縁保護する絶縁体とからなる複数の電極フィルムを積層して構成された複数の層を有する静電発電素子を備え、前記層の各々は、互いに対向する前記電極フィルムどうしの少なくとも一部が隙間を空けて対向するように構成され、前記静電発電素子は、前記電極フィルムの積層方向に外力により伸縮変形可能であり、前記層の各々は、前記電極フィルムの電極間距離の増加に応じて、電極間距離の増加に抗する弾性力が非線形的に増加することを特徴とする。
【0009】
この場合において、前記電極フィルムは、対向する別の前記電極フィルムに接合した接合領域と接合していない非接合領域とを有し、前記接合領域と前記非接合領域とは波状パターンを有し、複数の前記電極フィルムは、第1の電極フィルムと、前記第1の電極フィルムに対向する第2の電極フィルムと、前記第2の電極フィルムに対向する第3の電極フィルムとが、前記第1の電極フィルムと前記第2の電極フィルムとの接合領域と、前記第2の電極フィルムと前記第3の電極フィルムとの接合領域とが前記積層方向に互いに重ならないように積層されていてもよい。前記静電発電素子の複数の前記電極フィルムは、前記静電発電素子の前記積層方向の一方の側に隣接する前記電極フィルムに接合されるための複数の第1接合領域であって、ストライプ状にそれぞれ平行に延在する、第1接合領域と、他方の側に隣接する前記電極に接合されるための複数の第2接合領域であって、前記第1接合領域に平行、かつ、隣り合う前記第1接合領域どうしの間にそれぞれ配列された、第2接合領域とを有する第4の電極フィルムと、前記第4の電極フィルムに接合された第5の電極フィルムとからなり、前記静電発電素子は、接合された前記第4の電極フィルムと前記第5の電極フィルムとの電極ペアを積層した構造を有し、隣り合う前記電極ペアは、一方の前記電極ペアの前記第1接合領域及び前記第2接合領域と、他方の前記電極ペアの前記第1接合領域及び前記第2接合領域とが直交するように積層されていてもよい。前記静電発電素子は、2枚のリボン状の前記電極フィルムを互いに直交する方向に交互に折り重ねた構造を有していてもよい。一方の前記電極フィルムは他方の前記電極フィルムと対向する領域に位置する電極部と前記電極部を連結するヒンジ部とを有し、前記電極部の前記絶縁体の厚さt1は、前記ヒンジ部の前記絶縁体の厚さt2よりも厚くてもよい。前記静電発電素子は、電極間距離の増加量の2乗以上に比例して弾性力が増加してもよい。前記静電発電素子に初期電圧を印加する電圧印加手段と前記静電発電素子に電気的に直列に接続されたインダクタと、を備えていてもよい。前記静電発電素子と、インダクタと、前記静電発電素子に初期電圧を印加するバッテリとを備え、前記静電発電素子と前記インダクタと前記バッテリとは電気的に直列に接続されていてもよい。前記静電発電素子の静電容量Cと、前記インダクタのインダクタンスLと、前記静電発電素子を含む発電部の振動角周波数ωとの間に、
TIFF
2022088100000002.tif
22
112
の関係があってもよい。前記インダクタのインダクタンスLを可変にするインダクタンス制御装置をさらに備え、前記インダクタンス制御装置は、外力による前記静電発電素子の振動の位相に対して、前記静電発電素子に印加される電圧位相が進んでいる場合は前記インダクタンスLを増やし、前記静電発電素子に印加される電圧位相が遅れている場合は前記インダクタンスLを減らしてもよい。前記静電発電素子は、前記インダクタが組み込まれた変圧器を介して整流回路に接続されており、前記変圧器は、前記静電発電素子側で生じた交流の電力を、前記整流回路側で直流の電力に変換してもよい。
【発明の効果】
【0010】
本発明では、従来技術ではトレードオフであった大きな発電量と堅牢性の両立を可能にし、破損し難く高効率な静電発電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
(【0011】以降は省略されています)

この特許をJ-PlatPatで参照する

関連特許

エクボ株式会社
磁気浮上装置
2日前
株式会社深松組
太陽光発電装置
2日前
河村電器産業株式会社
輪番充電装置
4日前
株式会社ダイヘン
電圧調整装置
2日前
株式会社今仙電機製作所
電源システム
4日前
株式会社今仙電機製作所
電源システム
4日前
株式会社デンソー
電力変換装置
4日前
オムロン株式会社
太陽光発電システム
4日前
日本電産株式会社
コイル挿入装置
4日前
トヨタホーム株式会社
建物の給電システム
4日前
日本電産テクノモータ株式会社
ロータ及びモータ
4日前
ホシデン株式会社
非接触給電装置
2日前
日本電産株式会社
モータ
4日前
日本電産テクノモータ株式会社
ロータおよびモータ
4日前
北越工業株式会社
交流発電機
4日前
株式会社SUBARU
電動車両の充電システム
4日前
株式会社豊田中央研究所
電力供給システム
4日前
矢崎総業株式会社
ワイヤハーネス
4日前
トヨタ自動車株式会社
電力システム
4日前
トヨタ自動車株式会社
電力システム
4日前
トヨタ自動車株式会社
電力システム
4日前
株式会社富士通ゼネラル
圧縮機
4日前
株式会社アイシン
駆動装置及びその製造方法
4日前
株式会社豊田自動織機
永久磁石電動機の制御装置
2日前
トヨタ自動車株式会社
ポータブル充電器
2日前
富士電機株式会社
検出装置および駆動制御装置
4日前
株式会社豊田自動織機
モータ制御装置
5日前
セイコーエプソン株式会社
モーターおよびロボット
4日前
トヨタ自動車株式会社
サーバ、電力管理方法
2日前
セイコーエプソン株式会社
圧電駆動装置およびロボット
2日前
株式会社アイシン
回転電機用ステータ
4日前
株式会社富士通ゼネラル
パワーモジュール
5日前
株式会社三井ハイテック
回転電機のコア部製造方法及びコア部製造装置
4日前
オムロン株式会社
電力変換装置および制御方法
2日前
東芝三菱電機産業システム株式会社
電力変換装置
2日前
三菱重工業株式会社
磁気ギアード電気機械及び発電システム
4日前
続きを見る