JPH1198868A - Electrostatic power generation device - Google Patents

Electrostatic power generation device

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JPH1198868A
JPH1198868A JP24902897A JP24902897A JPH1198868A JP H1198868 A JPH1198868 A JP H1198868A JP 24902897 A JP24902897 A JP 24902897A JP 24902897 A JP24902897 A JP 24902897A JP H1198868 A JPH1198868 A JP H1198868A
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JP
Japan
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capacitance
electrode
electrodes
capacitor
variable
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP24902897A
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Japanese (ja)
Inventor
Kiichi Tsuchiya
喜一 土屋
Nobuyuki Kabei
信之 壁井
Yoshizou Ishizuka
宜三 石塚
Fuminori Tsuboi
文則 坪井
Kunimasa Katayama
國正 片山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Terumo Corp
Original Assignee
Terumo Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to realize a portable power supply, by defining a gap as factor determining capacitance, supplying electric charges at first voltage when the capacitance of a variable capacitance capacitor is increased by external force, and accumulating part of accumulated charges at second voltage higher than the first voltage when the capacitance is reduced. SOLUTION: Electrode 81, 82 with their surface covered with insulator 86 are supported on an elastic body 83 with a gap of 100 μm or below maintained in-between. The electrodes 81, 82 are connected with terminals 84, 85, and the capacitance of a capacitor 10 is varied by moving external force 90 toward the electrodes 81, 82 or moving external force 91 away from the electrodes 81, 82 to take energy out of the terminals 84, 85. If the voltage V1 (V2 >V1 ) of a voltage source is applied to the capacitor 10 when the capacitance of the capacitor 10 is C0 +ΔC, the maximum value, the electric charge Q1 =(C0 +ΔC)V1 . If the capacitance of the capacitor 10 is reduced to C0 due to external force when the electric charger Q1 is constant, the voltage of the voltage source is increased to V2 . If the capacitance of the capacitor 10 is reduced to C=(C0 -ΔC), the accumulated electric charge Q1 -Q2 is sent to the voltage source on the output side.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、医用福祉機器、マ
イクロロボット、精密機械、自動車機械部品、野外活動
用機器などの各分野で用いられる自律型の小型機械の電
源となり得る静電型発電装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrostatic power generator which can be used as a power source for small autonomous machines used in various fields such as medical welfare equipment, micro robots, precision machines, automobile machine parts, outdoor activity equipment and the like. It is about.

【0002】[0002]

【従来の技術】上述したような各自律型機器における携
帯型の電源として、従来から電池や熱機関を用いた発電
機が利用されている。しかし太陽電池を除き、いずれの
電源も供給できるエネルギー源に限度があり、外部から
何らかの人為的手段でエネルギーを供給する必要があっ
た。このため、長期にわたり自律して機能を発揮させる
ことは不可能であった。
2. Description of the Related Art As a portable power source in each autonomous device as described above, a generator using a battery or a heat engine has been conventionally used. However, except for solar cells, there is a limit to the energy source that can be supplied by any of the power sources, and it is necessary to supply energy from the outside by some artificial means. For this reason, it was impossible to exhibit the function autonomously for a long time.

【0003】また、一般に静電発電機は、磁力型発電機
に比較して性能が大幅に劣る。静電発電機は、唯一高電
圧発生装置として利用されていることから、大型化ばか
りが追及されている。従って、静電発電機においては、
発電エネルギー密度を高めたり、発電に要する最低限度
の力の大きさを低下させて利用できる一次エネルギーの
範囲を拡大するなどのために、発電機構をマイクロ化す
るという発想がなかった。
In general, the performance of an electrostatic generator is much lower than that of a magnetic generator. Since the electrostatic generator is used only as a high-voltage generator, it is being sought to increase its size. Therefore, in an electrostatic generator,
There was no idea to micro-generate the power generation mechanism in order to increase the power generation energy density or to reduce the minimum power required for power generation to expand the range of available primary energy.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述したような携帯型
の電源をはじめとして、携帯型電源の技術の現状は次の
通りである。 (1)自然界に多量に存在するエントロピーが大きく質
の悪い一次エネルギーを用いて発電する方法は少ない。 (2)自然環境から一次エネルギーを得る形の携帯型発
電機として、風力や水力を利用する方式のものがある
が、これは使用できる環境に制限がある。 (3)携帯型の電源としては化学電池や熱機関を利用し
たものが主流であるが、これらは長期にわたり充電電力
や燃料の補給を受けずにいることができない。 (4)一般に静電発電は高い電圧を得るために用いられ
ているのが唯一の応用例である。他の用途に関しては、
磁界を用いた発電方式の方がはるかに出力密度が大きい
ため、専ら磁界を用いた発電方式が採用され、静電発電
方式は実用に供されてはいない。 (5)内燃機関式の携帯型発電機などは、発電のための
駆動力を内燃機関によって得るため、発電に伴って騒音
を発生する。 (6)従来の発電機構は電池を除き小型化しにくいた
め、使用機器への組み込みの際への制約が大きい。 (7)小型の高電圧発電機がない。
The state of the art of portable power supplies, including the portable power supplies described above, is as follows. (1) There are few methods of generating power using poor quality primary energy, which has a large amount of entropy existing in a large amount in nature. (2) As a portable generator that obtains primary energy from the natural environment, there is a type that uses wind power or hydraulic power, but there are limitations on the environment in which it can be used. (3) As a portable power source, a device using a chemical battery or a heat engine is mainly used, but these cannot be supplied without recharging power or refueling for a long time. (4) In general, the only application is that electrostatic power generation is used to obtain a high voltage. For other uses,
Since the power generation method using a magnetic field has much higher output density, the power generation method using a magnetic field is exclusively used, and the electrostatic power generation method is not practically used. (5) An internal combustion engine type portable generator or the like generates noise due to power generation because a driving force for power generation is obtained by the internal combustion engine. (6) Since the conventional power generating mechanism is difficult to be reduced in size except for the battery, there is a great restriction on the incorporation into the equipment to be used. (7) There is no small high-voltage generator.

【0005】本発明は上記従来技術に鑑みてなされたも
のであり、可変容量コンデンサを微小化することにより
単位体積当たりの静電容量を大幅に増加させ、かつ微小
な外力によって静電容量を可変とし、各種用途に適合す
る携帯型の静電型発電装置を提供することを目的とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned prior art, in which the capacitance per unit volume is greatly increased by miniaturizing a variable capacitor, and the capacitance is varied by a minute external force. An object of the present invention is to provide a portable electrostatic power generation device suitable for various uses.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の静電型発電装置は以下の構成を備える。す
なわち、静電容量の決定に寄与する要素間の間隙が10
0μm以下であり、外力によって静電容量が変化する可
変容量コンデンサと、前記外力によって、前記可変容量
コンデンサの静電容量が増加するときに、第1の電圧に
よって該可変容量コンデンサに電荷を供給する供給手段
と、前記外力によって、前記可変容量コンデンサの静電
容量が減少するときに、該可変容量コンデンサに蓄積さ
れた電荷の一部を前記第1の電圧よりも高い第2の電圧
で蓄積する蓄積手段とを備える。
Means for Solving the Problems An electrostatic power generator according to the present invention for achieving the above object has the following arrangement. That is, the gap between the elements contributing to the determination of the capacitance is 10
A variable capacitor having a capacitance of 0 μm or less, the capacitance of which is changed by an external force; and supplying a charge to the variable capacitor by a first voltage when the capacitance of the variable capacitor is increased by the external force. When the capacitance of the variable capacitor is reduced by the supply means and the external force, a part of the electric charge stored in the variable capacitor is stored at a second voltage higher than the first voltage. Storage means.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の好適な実施形態を説明する。なお、実施形態の説明
に入る前に、本実施形態による静電型発電装置の基本構
成及び動作原理について説明する。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Before the description of the embodiment, the basic configuration and operation principle of the electrostatic power generation device according to the present embodiment will be described.

【0008】[基本動作原理]図1は本実施形態による
静電型発電装置の基本構成を示す図である。また、図2
及び図3は本実施形態による静電型発電装置の基本動作
原理を説明する図である。
[Basic Operation Principle] FIG. 1 is a diagram showing the basic configuration of the electrostatic power generating device according to the present embodiment. FIG.
FIG. 3 and FIG. 3 are diagrams for explaining the basic operation principle of the electrostatic power generating device according to the present embodiment.

【0009】図1には可変容量型発電回路の代表例が示
されている。図1において、10は機械力により容量が
変化する可変容量型コンデンサ、53および54はダイ
オード、51および52は電圧源である。動作を分かり
よくするために、電圧源51、52は、ともに一定電圧
源とし、入力側の電圧源51の電圧をV1、出力側の電
圧源52の電圧をV2とし、かつV2>V1とする。ま
た、ダイオードの順方向電圧降下は無視する。
FIG. 1 shows a typical example of a variable capacity power generation circuit. In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a variable-capacitance type capacitor whose capacitance changes by mechanical force, 53 and 54 denote diodes, and 51 and 52 denote voltage sources. In order to make the operation easy to understand, the voltage sources 51 and 52 are both constant voltage sources, the voltage of the input side voltage source 51 is V1, the voltage of the output side voltage source 52 is V2, and V2> V1. . Also, the forward voltage drop of the diode is ignored.

【0010】ここで可変容量型コンデンサ10の静電容
量が、外力によって図2に示すように変化すると仮定す
る。以下、可変容量型コンデンサ10から取り出される
エネルギーについて、図2及び図3を参照しながら説明
する。
Here, it is assumed that the capacitance of the variable capacitance type capacitor 10 changes as shown in FIG. 2 due to an external force. Hereinafter, the energy extracted from the variable capacitor 10 will be described with reference to FIGS. 2 and 3.

【0011】(1)まず図2の時刻t=aの時には、可
変容量型コンデンサ10(以下、単にコンデンサ10と
いう)の持つ静電容量は最大値のC0+ΔCとなってい
る。この時点で電圧源11からコンデンサ10に電荷が
供給されている。この状態は図3における点aに当た
り、その時点における電荷Q1は、Q1=(C0+ΔC)
V1となっている。
(1) First, at the time t = a in FIG. 2, the capacitance of the variable capacitor 10 (hereinafter simply referred to as the capacitor 10) has the maximum value C0 + ΔC. At this point, electric charges are supplied from the voltage source 11 to the capacitor 10. This state corresponds to the point a in FIG. 3, and the charge Q1 at that time is Q1 = (C0 + ΔC)
V1.

【0012】(2)次に電荷Q1が一定の状態で、図2
の時刻tがbになるまでの間に外力によりコンデンサ1
0の静電容量が変化すると、これに伴ってコンデンサ1
0の電圧が変化する。静電容量がC0まで減少すると、
その間にコンデンサ10の電圧はV2まで上昇し、図3
の点bに達する。
(2) Next, in a state where the charge Q1 is constant, FIG.
Until the time t becomes b, the capacitor 1
When the capacitance of 0 changes, the capacitor 1
The voltage of 0 changes. When the capacitance decreases to C0,
Meanwhile, the voltage of the capacitor 10 rises to V2, and FIG.
To point b.

【0013】(3)この時点(コンデンサ10の電圧が
電圧源52の電圧V2に達した時点)でダイオード54
が導通し、コンデンサ10の電圧はV2に保たれる。こ
の間に、外力によってコンデンサ10の静電容量が更に
C=C0−ΔCになるまで減少すると、コンデンサ10
にためられていた電荷(Q1−Q2)が出力側の電圧源5
2に送り込まれ、図3の点cに到達する。
(3) At this time (when the voltage of the capacitor 10 reaches the voltage V2 of the voltage source 52), the diode 54
Is conducted, and the voltage of the capacitor 10 is maintained at V2. During this time, when the capacitance of the capacitor 10 further decreases until C = C0−ΔC due to an external force, the capacitor 10
(Q1-Q2) accumulated on the output side of the voltage source 5
2 and reaches point c in FIG.

【0014】(4)点cから一定電荷Q2の状態でコン
デンサ10の静電容量を増加させてC0にすると(図2
の時刻d)、コンデンサ10の電圧はV1まで減少し、
図3の点dに到達する。ここから点aまでの間は、一定
電圧V1で、外力によってコンデンサ10の静電容量を
C0+ΔCまで増加させると、入力側の電圧源51から
電力が供給され、電荷はQ1まで増加し、点aに到達
し、一周期を完了する。
(4) When the capacitance of the capacitor 10 is increased to C0 with the constant charge Q2 from the point c (FIG. 2)
At time d), the voltage of the capacitor 10 decreases to V1,
The point d in FIG. 3 is reached. From this point to point a, when the capacitance of the capacitor 10 is increased to C0 + ΔC by an external force at a constant voltage V1, power is supplied from the voltage source 51 on the input side, and the charge increases to Q1. And complete one cycle.

【0015】ここで、一周期当たりの正味の出力エネル
ギーEは、辺ab,bc,cd,daで囲まれた面積に
相当する。したがって、 E=(Q1−Q2)V2−(Q1−Q2)V1 =(Q1−Q2)(V2−V1) ={(C0+ΔC)V1−(C0−ΔC)V2}(V2−V1) ={ΔC(V2^2−V1^2)−C0(V2−V1)^2} …(1) となる。また一秒当たりf回の繰り返しがあるとする
と、出力パワーPは P=Ef=f{ΔC(V2^2−V1^2)−C0(V2−V1)^2} …(2) となる。なお、本明細書において、X^YはXのY乗を表
す。
Here, the net output energy E per cycle corresponds to the area surrounded by the sides ab, bc, cd and da. Therefore, E = (Q1-Q2) V2- (Q1-Q2) V1 = (Q1-Q2) (V2-V1) = {(C0 + ΔC) V1- (C0-ΔC) V2} (V2-V1) = VΔC (V2 ^ 2-V1 ^ 2) -C0 (V2-V1) ^ 2} (1) If there are f repetitions per second, the output power P is P = Ef = f = ΔC (V2 ^ 2-V1 ^ 2) -C0 (V2-V1) ^ 2} (2) In the present specification, X ^ Y represents X to the power of Y.

【0016】なお、この発電機は電荷を入力側の電圧源
51からコンデンサ10に供給する必要がある。このた
め運転初期の段階では電池などを用いて電気エネルギー
供給をしなければならない。しかし一旦発電が行われ蓄
積されたエネルギーがあるレベルに達すれば、例えば電
圧源52に所定のエネルギーが蓄積されれば、そこから
電力を分岐してコンデンサ10に電荷を供給することが
可能となる。このため、入力側の電源の寿命は問題にな
らなくなる。
In this generator, it is necessary to supply electric charges from the voltage source 51 on the input side to the capacitor 10. For this reason, at the early stage of operation, electric energy must be supplied using a battery or the like. However, once power generation is performed and the stored energy reaches a certain level, for example, when predetermined energy is stored in the voltage source 52, power can be branched therefrom to supply electric charge to the capacitor 10. . Therefore, the life of the power source on the input side does not matter.

【0017】次にコンデンサ10として採用し得る可変
容量型コンデンサの基本構造例について説明する。容量
を変化させる方法の基本的な原理は、電極間距離を変
える、極板面積を変える、電極間の誘電率を変え
る、の3通りである。以下、これらの手法について、構
造の簡単な平行平板型コンデンサを用いて説明する。
Next, an example of the basic structure of a variable capacitor that can be used as the capacitor 10 will be described. There are three basic principles of the method of changing the capacitance: changing the distance between the electrodes, changing the electrode plate area, and changing the dielectric constant between the electrodes. Hereinafter, these methods will be described using a parallel plate type capacitor having a simple structure.

【0018】図4は極板間距離を変更することにより静
電容量を可変とする例を示す図である。図4に示す構造
では、コンデンサの静電容量は式(3)で表せる。
FIG. 4 is a diagram showing an example in which the capacitance is made variable by changing the distance between the electrode plates. In the structure shown in FIG. 4, the capacitance of the capacitor can be expressed by equation (3).

【0019】 C(x)=ε0・εrg・W・L/x [F] …(3) ここでC(x)はコンデンサ10の静電容量[F]、ε
0は真空中の誘電率[F/m]、εrgは電極間のスペー
スに充満している物質13の比誘電率(空気の場合はほ
ぼ1となる)、Lは電極の長さ[m]、Wは電極幅
[m]、xは電極間距離[m]である。
C (x) = ε0 · εrg · W · L / x [F] (3) where C (x) is the capacitance [F] of the capacitor 10 and ε
0 is the dielectric constant in vacuum [F / m], εrg is the relative dielectric constant of the substance 13 filling the space between the electrodes (almost 1 in the case of air), and L is the length of the electrode [m]. , W is the electrode width [m], and x is the distance between the electrodes [m].

【0020】式(3)から分かるように、コンデンサ1
0を形成する電極11と電極12の間の距離xを何らか
の外力20aによって短くすることで、コンデンサ10
の静電容量を増加させることができる(図4(a)参
照)。また何らかの外力21aでコンデンサ10を形成
する電極11と電極12の間の距離xを長くすることで
コンデンサ10の静電容量を減少させることができる
(図4(b)参照)。
As can be seen from equation (3), the capacitor 1
The distance x between the electrode 11 and the electrode 12 forming 0 is shortened by some external force 20a, so that the capacitor 10
Can be increased (see FIG. 4A). The capacitance x of the capacitor 10 can be reduced by increasing the distance x between the electrode 11 and the electrode 12 forming the capacitor 10 with some external force 21a (see FIG. 4B).

【0021】図4において、14、15は電荷取り出し
用の端子である。端子14と端子15を用いてコンデン
サ10を図1の電子回路に示すように接続し、上述した
ような極板間距離を変える変動力を与えればエネルギー
を取り出すことができる。
In FIG. 4, terminals 14 and 15 are terminals for taking out electric charges. Energy can be extracted by connecting the capacitor 10 using the terminals 14 and 15 as shown in the electronic circuit of FIG. 1 and applying a fluctuating force that changes the distance between the electrode plates as described above.

【0022】図5は極板面積を変更することにより静電
容量を可変とする例を示す図である。図5に示す方法で
は、外力20bが加わっている場合に、図5の(a)に
示すように電極11と12は対向して互いに完全に重な
り合うように設置されている。この状態では静電容量は
最大値になっている。また、電極12に外力21bが加
わると、図5の(b)のように電極11と電極12は互
いに重なり合う部分の長さ(L−x)が減少し、式
(4)から分かるように静電容量が減少する。
FIG. 5 is a diagram showing an example in which the capacitance is made variable by changing the electrode plate area. In the method shown in FIG. 5, when the external force 20b is applied, as shown in FIG. 5A, the electrodes 11 and 12 are installed so as to face each other and completely overlap each other. In this state, the capacitance has a maximum value. When the external force 21b is applied to the electrode 12, the length (Lx) of the overlapping portion between the electrode 11 and the electrode 12 decreases as shown in FIG. The capacity decreases.

【0023】 C(x)=ε0・εrg・W・(L−x)/D [F] …(4) ここでxは電極11と12が完全に重なっていた状態か
ら横方向へのずれ[m]、Dは対向した電極間の距離
[m]である。また、他の記号は図4で示したものと同
様である。
C (x) = ε0 · εrg · W · (L−x) / D [F] (4) Here, x is a shift in a lateral direction from a state in which the electrodes 11 and 12 are completely overlapped [ m] and D are the distance [m] between the opposed electrodes. Other symbols are the same as those shown in FIG.

【0024】なお、端子14と15を用いてコンデンサ
10を図1の電子回路に示すように接続し、20b、2
1bに相当する外力を与えれば、コンデンサ10よりエ
ネルギーを取り出すことができる。
The capacitor 10 is connected using the terminals 14 and 15 as shown in the electronic circuit of FIG.
When an external force corresponding to 1b is applied, energy can be extracted from the capacitor 10.

【0025】図6は極板間の誘電率を変更することによ
り静電容量を可変とする例を示す図である。図6の
(a)では、1対の電極11と12が対向して置かれ、
かつ電極が形成する空間13に外力20cにより誘電体
16が完全に挿入されている。このとき静電容量は最大
値になる。また、図6の(b)では、外力21cによっ
て誘電体16を電極間の空間13から引き抜き、挿入量
xが減らされている。この場合、次の式(5)からも分
かるように、コンデンサ10の静電容量は小さくなる。
FIG. 6 is a diagram showing an example in which the capacitance is made variable by changing the dielectric constant between the electrode plates. In FIG. 6A, a pair of electrodes 11 and 12 are placed facing each other,
In addition, the dielectric 16 is completely inserted into the space 13 formed by the electrode by the external force 20c. At this time, the capacitance becomes the maximum value. In FIG. 6B, the dielectric 16 is pulled out of the space 13 between the electrodes by the external force 21c, and the insertion amount x is reduced. In this case, as can be seen from the following equation (5), the capacitance of the capacitor 10 becomes small.

【0026】 C(x)=ε0・εrg・w・L/D +{ε0εrg(εrs−εrg)wd/D(2gεrs+dεrg)}・x …(5) ここでεrsは電極間のスペース13に充満している物質
の比誘電率(空気の場合はほぼ1となる)、εrsは可動
誘電体16の比誘電率、wは電極11、12の幅または
可動誘電体16の幅のうちの狭い方の幅[m](本例で
は可動誘電体16の幅w)、2gは電極11、12と可
動誘電体16の間の間隙の長さ[m]、dは可動誘電体
16の厚さ[m]、Lは電極の長さ[m]、D(=2g
+d)は電極間距離[m]、xは可動誘電体16の電極
間への挿入量[m]である。
C (x) = ε0 · εrg · w · L / D + {ε0εrg (εrs−εrg) wd / D (2gεrs + dεrg)} · x (5) where εrs fills the space 13 between the electrodes. Εrs is the relative permittivity of the movable dielectric 16, w is the narrower of the widths of the electrodes 11 and 12 or the width of the movable dielectric 16. The width [m] (in this example, the width w of the movable dielectric 16), 2g is the length [m] of the gap between the electrodes 11, 12 and the movable dielectric 16, and d is the thickness [m] of the movable dielectric 16. ], L is the length of the electrode [m], D (= 2 g)
+ D) is the distance [m] between the electrodes, and x is the insertion amount [m] of the movable dielectric 16 between the electrodes.

【0027】端子14と15を用いてコンデンサ10を
図1の電子回路に示すように接続し、外力20c、21
cに相当する変動力を与えれば、コンデンサ10からエ
ネルギーを取り出すことができる。
The capacitors 10 are connected using the terminals 14 and 15 as shown in the electronic circuit of FIG.
If a fluctuating force corresponding to c is given, energy can be extracted from the capacitor 10.

【0028】上述した(2)式から判るように、V1,
V2が規定されれば出力エネルギーPは静電容量変化Δ
Cによってその大きさが決まることになる。ΔCは上述
したように、電極間の間隙あるいは対向面積を機械的変
位によって変化させたり、あるいは間隙に介在する物質
の誘電率を変化させることによって得る。ここで、コン
デンサの静電容量は近似的に、 C=εr・ε0・S/d で表される。(ここで、Cは容量、εrは電極間の物資
の比誘電率、ε0は真空の誘電率(8.854×10^-1
2)、dは電極間の間隙)従って、ε,S,dを変化さ
せることで静電容量を変えることができる。この場合、
Cの極大値Cmaxに対してCの極小値Cminが5分の1程
度であれば実用上は差し支え無い(即ち、ΔC=0.4
Cmax)。
As can be seen from the above equation (2), V1,
If V2 is defined, the output energy P is the change in capacitance Δ
C determines its size. As described above, ΔC is obtained by changing the gap or the facing area between the electrodes by mechanical displacement, or by changing the dielectric constant of a substance interposed in the gap. Here, the capacitance of the capacitor is approximately expressed by C = εr · ε0 · S / d. (Where C is the capacitance, εr is the relative dielectric constant of the material between the electrodes, and ε0 is the dielectric constant of vacuum (8.854 × 10 ^ -1).
2), d is the gap between the electrodes) Therefore, the capacitance can be changed by changing ε, S, d. in this case,
If the minimum value Cmin of C is about 1/5 of the maximum value Cmax of C, there is no problem in practical use (that is, ΔC = 0.4
Cmax).

【0029】まず、図4で示したように、電極間距離d
を変化させる場合を考える。dの大きさは小さければ小
さいほどCmaxを大きくとれるので都合が良いが、その
最小の距離は極板間に発生する電圧、電極同士の相対位
置が変化する際に摩擦を起こさないようにすること、絶
縁膜の厚さなどによる影響等で制限される。二次側の電
圧V2としては、極端に大きなものを考えない限り実用
的には1〜100[V]の範囲と考えられる。従って最
小の極板間距離dは、通常のフィルムコンデンサで用い
られるフィルム厚0.1〜10μm程度、最大でも20
μm程度の大きさとなる(最適なフィルム厚は材質や印
加電圧によって異なる)。
First, as shown in FIG.
Is changed. The smaller the value of d, the better the Cmax can be taken, so it is convenient. However, the minimum distance is to avoid friction when the voltage generated between the electrodes and the relative position of the electrodes change. And the thickness of the insulating film. The voltage V2 on the secondary side is practically considered to be in the range of 1 to 100 [V] unless an extremely large voltage is considered. Therefore, the minimum distance d between the electrode plates is about 0.1 to 10 μm in the film thickness used in a normal film capacitor, and the maximum is 20 μm.
The size is about μm (the optimum film thickness depends on the material and applied voltage).

【0030】これに対し、最小の静電容量は最大値の1
/5以下(従って電極間距離dは5倍以上)にするのが
望ましい。従って、電極間距離は最長で100μmあれ
ば、十分な電極間距離がとれる。電極間距離を詰めるこ
とができれば、単位体積当りに設置できる電極数が増大
するのは明らかであるので、実用機を作るうえでこれ以
上電極間距離を長くとることには意味がない。
On the other hand, the minimum capacitance is 1 which is the maximum value.
/ 5 or less (the distance d between the electrodes is therefore more than 5 times). Therefore, if the distance between the electrodes is at most 100 μm, a sufficient distance between the electrodes can be obtained. It is clear that if the distance between the electrodes can be reduced, the number of electrodes that can be installed per unit volume will increase, so it is meaningless to increase the distance between the electrodes further in making a practical machine.

【0031】また、図5で示したように、対向する電極
面積(S)を変える方式の場合は、電極間距離は一定と
なるが、摩擦などの理由から、電極間距離は0.1μm
から数十μm程度、最大でも100μmとするのが好ま
しい。
As shown in FIG. 5, when the area (S) of the opposed electrodes is changed, the distance between the electrodes is constant, but the distance between the electrodes is 0.1 μm due to friction or the like.
To several tens of μm, preferably at most 100 μm.

【0032】更に、図6で示したように、電極間の誘電
率(ε)を変更する方式の場合、電極間に誘電体を挿入
するため電極間距離は最小で数十μm、最大で数mmの
場合が考えられる。しかしながら、誘電体と電極との間
隙は100μm以下、好ましくは数十μm以下にしなけ
れば十分な性能が得られない。更に図6で示したよう
に、電極間の誘電率(ε)を変更する方式の場合、電極
間に低誘電率材料が位置した時点で容量が極小となる
が、その電極間距離は前述の電極間距離を変化させる方
式における最大電極間距離と同程度の値をとれば十分な
ので、最大100μm以下となる。
Further, as shown in FIG. 6, in the case of changing the dielectric constant (ε) between the electrodes, a distance between the electrodes is several tens μm at the minimum and several tens μm at the maximum to insert a dielectric between the electrodes. mm. However, sufficient performance cannot be obtained unless the gap between the dielectric and the electrode is 100 μm or less, preferably several tens μm or less. Further, as shown in FIG. 6, in the case of the method of changing the dielectric constant (ε) between the electrodes, the capacitance becomes minimum when the low dielectric material is located between the electrodes. It is sufficient to take a value similar to the maximum inter-electrode distance in the method of changing the inter-electrode distance, so that the maximum value is 100 μm or less.

【0033】上述のように、例えば電極間の距離を変化
させる場合(図4の方式)、1対の電極(以降、電極対
という)間の距離は最大時で100μmである。従っ
て、電極対当りの変位は、高々100μm程度となり、
変位の大きな外力が働く場合には、これらを積層して用
いる必要がある。また、外力が振幅の小さな振動等のよ
うな場合には電極対同士の変位が相互に干渉し合わない
よう分離した形で多数を配置する必要がある。前者の場
合、積層されたそれぞれの電極間容量の極大と極小が一
致するように動作するのであれば、図19(a)のよう
に単純に電極を並列接続すればよい。
As described above, for example, when the distance between the electrodes is changed (the method of FIG. 4), the distance between a pair of electrodes (hereinafter, referred to as an electrode pair) is 100 μm at the maximum. Therefore, the displacement per electrode pair is at most about 100 μm,
When an external force having a large displacement acts, it is necessary to stack these. Further, in the case where the external force is a vibration having a small amplitude or the like, it is necessary to arrange a large number of electrodes in a separated form so that the displacement between the electrode pairs does not interfere with each other. In the former case, the electrodes may be simply connected in parallel as shown in FIG. 19A if the operation is performed so that the local maximum and minimum of the stacked interelectrode capacitances coincide with each other.

【0034】後者の場合、即ち振動の方向が多数あるよ
うな場合には、電極対の方向を複数に分けて配置させる
ことにより、外力の方向依存性の無い発電ユニットを構
成させることが可能である。図4〜図6で説明したいず
れの手法においても、複数個の可変容量コンデンサの電
極接続方法としては、電圧を特別に高電圧(概ね100
V以上)にしない限りは全て並列接続でよい。ただし、
前述のように振動の方向が複数あったり、電極間隙の伸
縮のサイクルや位相が同期していない場合は、電極をそ
のまま並列接続するのではなく、図1に示すダイオード
53のアノード及びダイオード54のカソードにおいて
並列接続する必要がある。即ち、図19(b)のように
接続されることになる。
In the latter case, that is, when there are many directions of vibration, a power generation unit having no direction dependency of external force can be constituted by arranging the electrode pairs in a plurality of directions. is there. In each of the methods described with reference to FIGS.
V or more), all may be connected in parallel. However,
As described above, when there are a plurality of vibration directions or when the cycles and phases of expansion and contraction of the electrode gap are not synchronized, the electrodes of the diode 53 and the diode 54 shown in FIG. It is necessary to connect in parallel at the cathode. That is, the connection is made as shown in FIG.

【0035】以下、第1の実施形態から第9の実施形態
により、本発明による可変容量コンデンサの実施の形態
を説明する。なお、第1〜第4の実施形態では、図4に
示した、極板間距離を変更することにより静電容量を可
変とする例を説明する。また、第5、第6の実施形態で
は、極板面積を変更することにより静電容量を可変とす
る例を説明する。更に、第7〜第8の実施形態では、極
板間の誘電率を変更することにより静電容量を可変とす
る例を説明する。
Hereinafter, embodiments of the variable capacitor according to the present invention will be described with reference to the first to ninth embodiments. In the first to fourth embodiments, an example in which the capacitance is made variable by changing the distance between the electrode plates shown in FIG. 4 will be described. In the fifth and sixth embodiments, examples in which the capacitance is variable by changing the electrode plate area will be described. Further, in the seventh to eighth embodiments, examples in which the capacitance is made variable by changing the dielectric constant between the electrode plates will be described.

【0036】[第1の実施形態]図7は第1の実施形態
による可変容量コンデンサの構成を説明する図である。
図7の(a)において、電極81及び電極82は弾性体
83によって支持されて適当な電極間距離を維持してい
る。また、電極81と82の表面は絶縁体86で覆わ
れ、万一の接触による電荷の漏出を防いでいる。なお、
電極81と82の接触の可能性のない場合は絶縁体86
を省略することができる。
[First Embodiment] FIG. 7 is a diagram for explaining the configuration of a variable capacitor according to the first embodiment.
In FIG. 7A, the electrode 81 and the electrode 82 are supported by an elastic body 83 to maintain an appropriate distance between the electrodes. Further, the surfaces of the electrodes 81 and 82 are covered with an insulator 86 to prevent leakage of electric charges due to an emergency contact. In addition,
If there is no possibility of contact between the electrodes 81 and 82, the insulator 86
Can be omitted.

【0037】電極81と82は端子84と85に接続さ
れている。端子84と85を用いて図1の電子回路に示
すように接続し、図7の(a)に示すように外力90に
よって電極81、82を近づけたり、図7の(b)に示
すように外力91によって電極81、82を引き離した
りすることで、コンデンサ10の静電容量が変動する。
この結果、上述したように端子84と85からエネルギ
ーを取り出すことができる。
The electrodes 81 and 82 are connected to terminals 84 and 85. The terminals 84 and 85 are connected as shown in the electronic circuit of FIG. 1, and the electrodes 81 and 82 are brought closer by an external force 90 as shown in FIG. 7A, or as shown in FIG. By separating the electrodes 81 and 82 by the external force 91, the capacitance of the capacitor 10 fluctuates.
As a result, energy can be extracted from the terminals 84 and 85 as described above.

【0038】なお、電極81と82の間の空間87を比
誘電率の大きな物質で充満すれば、電極81と82の変
位が同一でも空気で充満した場合より静電容量の変化は
大きくなる。
When the space 87 between the electrodes 81 and 82 is filled with a substance having a large relative permittivity, the change in capacitance becomes larger than when the electrodes 81 and 82 are filled with air even if the displacement of the electrodes 81 and 82 is the same.

【0039】次に、第1の実施形態における電極のディ
メンジョンについて検討を加える。
Next, the dimensions of the electrodes in the first embodiment will be examined.

【0040】全体の電極面積(片極)は容量の最大値を
規定するが、必要とされる容量Cは負荷電流をIL
[A]、電極間隙の伸縮繰返し周波数をF[Hz]、電
荷供給源の電圧をV1[V]とすれば、 C=IL/(F・V1)=εr・ε0・S/dmin これからSは、 S=IL・dmin/(F・V1・εr・ε0) 一例として、IL=1[mA]、F=10[Hz]、V
1=0.1[V]、εr=10、ε0=8.854×0^
-12[F/m]、dmin=0.1[μm]とすれば、 S=1.1[m^2] となる。各層の面積を、10^-4[m^2](10mm
角)とすれば、全体で11000枚程度の積層枚数とな
るが、拡張時の極板間隙dmaxを1[μm]とし、支持
体の厚みを同程度と考えれば全体の高さは11[mm]
となる。
The total electrode area (one pole) defines the maximum value of the capacitance.
[A], if the repetition frequency of expansion and contraction of the electrode gap is F [Hz], and the voltage of the charge supply source is V1 [V], C = IL / (F · V1) = εr · ε0 · S / dmin S = IL · dmin / (F · V1 · εr · ε0) As an example, IL = 1 [mA], F = 10 [Hz], V
1 = 0.1 [V], εr = 10, ε0 = 8.854 × 0 ^
If −12 [F / m] and dmin = 0.1 [μm], then S = 1.1 [m ^ 2]. The area of each layer is 10 ^ -4 [m ^ 2] (10 mm
Angle), the total number of laminations is about 11000, but if the electrode plate gap dmax at the time of expansion is 1 [μm] and the thickness of the support is considered to be about the same, the total height is 11 [mm]. ]
Becomes

【0041】なお、上述のように電極間の距離は100
μm以下とすることが好ましいが、電極間の距離の制限
は、機構全体の保持部(あるいはハウジング)に機械的
なリミッタを設けることで達成できる。また、積層され
た電極は、図19(a)あるいは(b)で説明したよう
な形態で並列に接続される。
As described above, the distance between the electrodes is 100
It is preferable that the distance be set to μm or less, but the limitation of the distance between the electrodes can be achieved by providing a mechanical limiter in a holding portion (or housing) of the entire mechanism. The stacked electrodes are connected in parallel in the form described in FIG. 19A or 19B.

【0042】なお、図7では、弾性体83として風船状
のもの、ベローズ状のもの等が挙げられる。また、空間
87に充満した物質が空気のように漏出しても問題ない
ものであれば、必ずしも密閉する必要はない。
In FIG. 7, the elastic body 83 may be a balloon-shaped one or a bellows-shaped one. Further, if there is no problem even if the substance filled in the space 87 leaks like air, it is not always necessary to seal the substance.

【0043】[第2の実施形態]図8A及び図8Bは第
2の実施形態による可変容量コンデンサの構成を説明す
る図である。図8A、Bにおいて正弦波様の形状を持つ
絶縁性の高い弾性体薄膜101,102,103及び1
04のそれぞれの表面に、導電膜121,122,12
3,124,125及び126(以下、電極という)が
取り付けられている。さらにそれら電極121〜126
の表面に絶縁膜131,132,133,134,13
5及び136が施されている。隣接する絶縁膜131と
132,133と134及び135と136は、それぞ
れ正弦波様形状の頂点部分で互いに接合されている。
[Second Embodiment] FIGS. 8A and 8B are diagrams illustrating the configuration of a variable capacitor according to a second embodiment. 8A and 8B, elastic thin films 101, 102, 103, and 1 having a sine-wave-like shape and high insulation properties.
04, conductive films 121, 122, 12
3, 124, 125 and 126 (hereinafter referred to as electrodes) are attached. Further, the electrodes 121 to 126
Insulating films 131, 132, 133, 134, 13
5 and 136 are applied. The adjacent insulating films 131 and 132, 133 and 134, and 135 and 136 are joined to each other at the vertices of a sinusoidal shape.

【0044】また、電極121は端子141と、電極1
22と123は端子142と、電極124と125は端
子143と、さらに電極126は端子144にそれぞれ
電気的に接合されている。端子141と端子143は図
1の電子回路の正極(または負極)に接続され、端子1
42と端子144は図1の電子回路の負極(または正
極)に接続される。電極と絶縁膜を施された弾性体薄膜
101から104は,外力伝達板151と152によっ
て挟まれている。ただし、弾性体薄膜101から104
は、外力伝達板151と152の表面に沿って平行な方
向に滑って移動することが可能になっており、図8A及
び図8Bのような状態を呈することを可能としている。
The electrode 121 is connected to the terminal 141 and the electrode 1
The electrodes 22 and 123 are electrically connected to the terminal 142, the electrodes 124 and 125 are electrically connected to the terminal 143, and the electrode 126 is electrically connected to the terminal 144, respectively. Terminal 141 and terminal 143 are connected to the positive electrode (or negative electrode) of the electronic circuit of FIG.
The terminal 42 and the terminal 144 are connected to the negative electrode (or positive electrode) of the electronic circuit of FIG. The elastic thin films 101 to 104 provided with electrodes and insulating films are sandwiched between external force transmission plates 151 and 152. However, the elastic thin films 101 to 104
Can slide along the surfaces of the external force transmission plates 151 and 152 in a parallel direction, and can assume a state as shown in FIGS. 8A and 8B.

【0045】図8Aにおいて、外力162が無いか外向
きに働いている状態で、弾性体薄膜101から104は
自らの弾性力により正弦波の振幅が最大となっている
(もちろん外力161が加えられてもよい)。これによ
り対向する電極121と122、電極123と124及
び電極125と126の間の静電容量は最小の値になっ
ている。
In FIG. 8A, when there is no external force 162 or the external force 162 is acting outward, the elastic thin films 101 to 104 have the maximum sine wave amplitude due to their own elastic force (of course, the external force 161 is applied. May be). Accordingly, the capacitance between the opposing electrodes 121 and 122, the electrodes 123 and 124, and the electrodes 125 and 126 has a minimum value.

【0046】図8Bは、外力162が内向きに働いてい
る状態であり、弾性体薄膜群101から104の変形に
よる弾性反発力に外力162が打ち勝って、正弦波の振
幅が小さな形状になっている。これにより対向する電極
121と122、123と124、さらに125と12
6の間の距離が短くなり、それらの間の静電容量は大き
い値になっている。
FIG. 8B shows a state in which the external force 162 is acting inward, and the external force 162 overcomes the elastic repulsion caused by the deformation of the elastic thin film groups 101 to 104, and the amplitude of the sine wave becomes small. I have. Thus, the opposing electrodes 121 and 122, 123 and 124, and 125 and 12
6, the distance between them has become shorter, and the capacitance between them has a large value.

【0047】このように図8Aの状態と図8Bの状態を
繰返すことで静電容量は変化し、端子141及び143
と142及び144の間からエネルギーを取り出すこと
ができる。
By repeating the state shown in FIG. 8A and the state shown in FIG. 8B, the capacitance changes, and the terminals 141 and 143 are changed.
And energy can be extracted from between 142 and 144.

【0048】なお類似の構造で、弾性体薄膜の同一側の
片側表面にのみ電極を取り付けた場合は、絶縁膜は省略
可能となる。また弾性薄膜を用いずに、弾性金属膜を電
極として用い、これを絶縁膜でコートする方式でも同じ
機能を果たすことができることは明らかである。
When the electrodes are attached to only one surface on the same side of the elastic thin film in a similar structure, the insulating film can be omitted. It is also apparent that the same function can be achieved by using an elastic metal film as an electrode without using an elastic thin film and coating the electrode with an insulating film.

【0049】更に、電極空間を比誘電率の大きな物質で
充満すれば、空気で充満した場合より静電容量変化は大
きくなる。また、上記第2の実施形態では、弾性体薄
膜、導電膜及び絶縁膜から構成される積層シートを4組
用いたが、積層シートの使用数がこれに限られないこと
はいうまでもない。
Further, when the electrode space is filled with a substance having a large relative dielectric constant, the change in capacitance becomes larger than when the space is filled with air. Further, in the second embodiment, four sets of the laminated sheet composed of the elastic thin film, the conductive film, and the insulating film are used. However, it is needless to say that the number of the laminated sheets used is not limited to this.

【0050】なお、第2の実施形態による電極対の集積
化、ディメンジョンは第1の実施形態と同様であるので
説明を省略する。また、電極間の距離は拡張時の最大部
分(波状の頂点部分)において100μm以下とするこ
とが好ましい。電極間の距離の制限は、機構全体の保持
部(あるいはハウジング)に機械的なリミッタを設ける
ことで達成できる。また、図8A、Bに示す可変容量コ
ンデンサを複数接続する場合は、図19(a)あるいは
(b)に示した形態で並列接続すればよい。
The integration and the dimensions of the electrode pairs according to the second embodiment are the same as those of the first embodiment, and the description is omitted. Further, it is preferable that the distance between the electrodes is 100 μm or less at the maximum part (wave-shaped apex part) at the time of expansion. Limiting the distance between the electrodes can be achieved by providing a mechanical limiter on the holding portion (or housing) of the entire mechanism. When a plurality of variable capacitance capacitors shown in FIGS. 8A and 8B are connected, they may be connected in parallel in the form shown in FIG. 19A or 19B.

【0051】[第3の実施形態]図9A及び図9Bは第
3の実施形態による可変容量コンデンサの構成を説明す
る図である。図にあってコイルバネ様の形状を持つ絶縁
性の高分子弾性膜210の両側の表面に電極211及び
212を取り付け、さらに電極212の表面を絶縁膜2
13でコートする。電極211と212はそれぞれ端子
215及び216に接続されている。さらにコイルバネ
状の高分子弾性膜210の一つの端部217を基板22
0に固定し、もう一方の端部218を質量221に接合
してある。
[Third Embodiment] FIGS. 9A and 9B are diagrams illustrating the configuration of a variable capacitor according to a third embodiment. In the drawing, electrodes 211 and 212 are attached to both surfaces of an insulating polymer elastic film 210 having a coil spring-like shape, and the surface of the electrode 212 is
Coat with 13. Electrodes 211 and 212 are connected to terminals 215 and 216, respectively. Further, one end 217 of the coil spring-shaped polymer elastic film 210 is
0 and the other end 218 is joined to the mass 221.

【0052】図9Aにおいて、質量221に対して外力
230が下方向に働いて、コイル形状を持つ高分子弾性
膜210とそれに接合された電極211と212及び絶
縁膜213のピッチ間隔は引き延ばされている。これに
より電極211と212の電極間距離が長くなり、端子
215と216の間の静電容量は小さくなる。
In FIG. 9A, the external force 230 acts downward on the mass 221, and the pitch between the coiled polymer elastic film 210 and the electrodes 211 and 212 and the insulating film 213 joined thereto is elongated. Have been. As a result, the distance between the electrodes 211 and 212 increases, and the capacitance between the terminals 215 and 216 decreases.

【0053】一方、図9Bにおいては、質量221に対
し外力231が上方向に働いて、コイル形状を持つ高分
子弾性膜210とそれに接合された電極211と212
及び絶縁膜213のピッチ間隔が縮められている。これ
により電極211と212の電極間距離は短くなり、端
子215と216の間の静電容量が大きくなる。
On the other hand, in FIG. 9B, an external force 231 acts on the mass 221 in the upward direction, and the polymer elastic film 210 having a coil shape and the electrodes 211 and 212 bonded thereto are formed.
In addition, the pitch interval between the insulating films 213 is reduced. As a result, the distance between the electrodes 211 and 212 is reduced, and the capacitance between the terminals 215 and 216 is increased.

【0054】図9A、9Bに示す可変容量型コンデンサ
を、端子215と216を用いて図1の電子回路に接続
し、適切な外力230によって図9Aに示すように電極
211と212を引き離し、また図9Bに示すように適
切な外力231によって電極211と212を近づける
ことにより端子215、216間の静電容量を変化させ
ると、端子215と216からエネルギーを取り出すこ
とができる。
9A and 9B are connected to the electronic circuit of FIG. 1 using terminals 215 and 216, and an appropriate external force 230 separates the electrodes 211 and 212 as shown in FIG. As shown in FIG. 9B, when the capacitance between the terminals 215 and 216 is changed by bringing the electrodes 211 and 212 closer to each other with an appropriate external force 231, energy can be extracted from the terminals 215 and 216.

【0055】第4の実施形態による電極対のディメンジ
ョン、集積化についても第1の実施形態と同様である。
但し、コイル1巻あたりの間隔を最大拡張時で100μ
m以下とするのが好ましい。このような電極間距離の制
限は、機構全体の保持部(あるいはハウジング)に機械
的なリミッタを設けることで達成できる。
The dimensions and integration of the electrode pairs according to the fourth embodiment are the same as in the first embodiment.
However, the interval per coil is 100μ at maximum expansion.
m or less. Such a limitation on the distance between the electrodes can be achieved by providing a mechanical limiter in a holding portion (or housing) of the entire mechanism.

【0056】[第4の実施形態]図10は第4の実施形
態による可変容量コンデンサの構成を説明する図であ
る。図10において渦巻き形状を持つ高分子弾性膜31
0の両側の表面に電極311及び312を取り付け、更
にそれぞれの表面を絶縁膜313及び314でコートす
る。電極311と312はそれぞれ端子315及び31
6に接合されている。さらに渦巻き状の高分子弾性膜の
一つの端部317を基板322に固定し、もう一方の端
部318を質量321に接合してある。質量321は、
その軸321aを中心として回転可能である。
[Fourth Embodiment] FIG. 10 is a view for explaining the arrangement of a variable capacitor according to a fourth embodiment. In FIG. 10, a polymer elastic film 31 having a spiral shape is shown.
Electrodes 311 and 312 are attached to the surfaces on both sides of 0, and the respective surfaces are further coated with insulating films 313 and 314. Electrodes 311 and 312 are connected to terminals 315 and 31 respectively.
6. Further, one end 317 of the spiral polymer elastic film is fixed to the substrate 322, and the other end 318 is joined to the mass 321. The mass 321 is
It is rotatable about its axis 321a.

【0057】図10の(a)に示されるように、質量3
21に対して外力330が時計回りに働くと、高分子弾
性膜310とそれに接合された電極311と312及び
絶縁膜313と314の渦巻き形状は広がる。これによ
り、電極311と312の距離(電極間距離)が長くな
り、全体としての静電容量は小さくなる。
As shown in FIG. 10A, the mass 3
When an external force 330 acts clockwise on 21, the spiral shape of the polymer elastic film 310 and the electrodes 311 and 312 and the insulating films 313 and 314 joined thereto expands. As a result, the distance between the electrodes 311 and 312 (the distance between the electrodes) increases, and the overall capacitance decreases.

【0058】一方、図10の(b)に示されるように、
質量321に対して外力331が半時計回りに働くと、
高分子弾性膜310とそれに接合された電極311と3
12及び絶縁膜313と314は、渦巻き状を巻き込む
方向に変形する。これにより電極間距離は短くなり、全
体としての静電容量は大きくなる。
On the other hand, as shown in FIG.
When the external force 331 acts counterclockwise on the mass 321,
Polymer elastic membrane 310 and electrodes 311 and 3 bonded thereto
12 and the insulating films 313 and 314 are deformed in a spiraling direction. As a result, the distance between the electrodes is shortened, and the overall capacitance is increased.

【0059】図10に示される可変容量型コンデンサ
は、端子315と316を用いて図1の電子回路に示す
ように接続される。そして、図10の(a)に示すよう
に対向する電極311と312を外力330により引き
離し、または図10の(b)のように対向する電極31
1と312を外力331により近づけることにより、当
該コンデンサの静電容量が変動し、端子315と316
からエネルギーを取り出すことができる。
The variable capacitance type capacitor shown in FIG. 10 is connected using terminals 315 and 316 as shown in the electronic circuit of FIG. Then, the opposing electrodes 311 and 312 are separated by an external force 330 as shown in FIG. 10A, or the opposing electrodes 31 as shown in FIG.
By bringing 1 and 312 closer to the external force 331, the capacitance of the capacitor changes, and the terminals 315 and 316
Energy can be extracted from

【0060】この実施形態では、極板間隙の変化は、内
側の電極312に対して1巻き分、中心方向に進んだ対
向電極との間で発生する。そのため、弾性体310は容
量変化には寄与しないので、少なくとも拡張時にもその
影響が無視できるようにするのが望ましい。
In this embodiment, a change in the electrode plate gap occurs between the inner electrode 312 and the counter electrode that has advanced one turn toward the center. For this reason, since the elastic body 310 does not contribute to the change in capacitance, it is desirable that the influence can be neglected at least when the elastic body 310 is expanded.

【0061】第4の実施形態による極板のディメンジョ
ンの一例は次の通りである。収縮時(図10(b))に
おける一巻き当たり厚みは電極間隙dminと渦巻きバネ
部材の厚みdsの和となる。バネ材の長さLと巻き数n
との関係は L=2π(dmin+ds)(1+2+3+…+n) =π(dmin+ds)(n+1)・n 収縮時に第1の実施形態と同程度の容量を得るには、渦
巻きバネの幅をWとして、 S=W・L =W・π(dmin+ds)(n+1)・n =1.1[m^2] W=20[mm]、dmin=0.1[μm]、ds=1
0[μm]として、 (n+1)・n=1.129/(6.346×10^-
7) これからn=666が求まり、収縮時半径は 拡張時(図10(a))の電極間距離を実施形態1と同
様、dmax=1[μm]とすれば拡張後の半径は となる。
One example of the dimensions of the electrode plate according to the fourth embodiment is as follows. The thickness per turn at the time of contraction (FIG. 10B) is the sum of the electrode gap dmin and the thickness ds of the spiral spring member. Spring material length L and number of turns n
L = 2π (dmin + ds) (1 + 2 + 3 +... + N) = π (dmin + ds) (n + 1) · n In order to obtain the same capacity as that of the first embodiment at the time of contraction, the width of the spiral spring is W, S = W · L = W · π (dmin + ds) (n + 1) · n = 1.1 [m ^ 2] W = 20 [mm], dmin = 0.1 [μm], ds = 1
Assuming 0 [μm], (n + 1) · n = 1.129 / (6.346 × 10 ^ −
7) From this, n = 666 is obtained, and the radius at the time of contraction is Assuming that the distance between the electrodes at the time of expansion (FIG. 10A) is dmax = 1 [μm] as in the first embodiment, the radius after expansion is Becomes

【0062】[第5の実施形態]図11A、Bは第5の
実施形態による可変容量コンデンサの構成を説明する図
である。図11A、Bにおいて、電極411と412は
櫛の歯状に成形され、奥行き方向に幅を持っている。ま
た、電極411はその一部で板バネ413、414に結
合している。また板バネ413、414の電極411に
結合した一端と反対側の端部である421と422は、
基板420に絶縁された状態で固定されている。この板
バネ413、414により電極411は空中に浮いた状
態で支持されている。そして、電極411は図中の左右
方向に平行に変位することができるようになっている。
一方、電極412は基板20から絶縁された状態で基板
420に固定されている。この結果、電極411、41
2は、外力430と431に従って、その相対的位置が
変化するようになっている。電極411と412は、そ
れぞれ端子415と416に電気的に接続されている。
[Fifth Embodiment] FIGS. 11A and 11B are diagrams illustrating the configuration of a variable capacitor according to a fifth embodiment. 11A and 11B, the electrodes 411 and 412 are shaped like comb teeth and have a width in the depth direction. The electrode 411 is partially connected to the leaf springs 413 and 414. Also, the ends 421 and 422 of the leaf springs 413 and 414 on the opposite side to the end connected to the electrode 411 are
It is fixed to the substrate 420 in an insulated state. The electrodes 411 are supported by the plate springs 413 and 414 so as to float in the air. Then, the electrode 411 can be displaced in parallel in the left-right direction in the figure.
On the other hand, the electrode 412 is fixed to the substrate 420 while being insulated from the substrate 20. As a result, the electrodes 411, 41
2 is such that its relative position changes in accordance with external forces 430 and 431. Electrodes 411 and 412 are electrically connected to terminals 415 and 416, respectively.

【0063】図11Aのように、電極411に対して外
力430が図示のように左方向に働いて、電極411と
電極412が近づく場合には、電極411と412で形
成されるコンデンサの実質的な極板面積が増加し、静電
容量は大きくなる。
As shown in FIG. 11A, when an external force 430 acts on the electrode 411 in the leftward direction as shown in FIG. 11A, and the electrode 411 and the electrode 412 approach each other, the capacitor formed by the electrodes 411 and 412 is substantially turned off. The electrode area increases, and the capacitance increases.

【0064】一方、図11Bのように、電極411に対
して外力431が図示のように右方向に働き、電極41
1が電極412から遠ざかる場合には、電極411と4
12で形成されるコンデンサの実質的な極板面積が減少
し、静電容量は小さくなる。
On the other hand, as shown in FIG. 11B, an external force 431 acts on the electrode 411 in the right direction as shown in FIG.
If one moves away from electrode 412, electrodes 411 and 4
12, the substantial plate area of the capacitor formed is reduced, and the capacitance is reduced.

【0065】従って、図11A、Bに示した可変容量型
コンデンサを、端子415と416を用いて図1の電子
回路に示すように接続して外力430及び431を加え
ることによって、すなわち図11Aのように電極411
と412を外力430により近づけ、また図11Bに示
すように電極411と412を外力431により引き離
すことにより、電極間の静電容量が変動し、端子415
と416からエネルギーを取り出すことができる。
Therefore, by connecting the variable capacitance type capacitors shown in FIGS. 11A and 11B using the terminals 415 and 416 as shown in the electronic circuit of FIG. 1 and applying external forces 430 and 431, that is, in FIG. As the electrode 411
11 and 412 are brought closer to the external force 430, and the electrodes 411 and 412 are separated by the external force 431 as shown in FIG.
And 416 can extract energy.

【0066】次に、第5の実施形態による櫛形電極式コ
ンデンサのディメンジョンの一例について説明する。図
11Cに、第5の実施形態による櫛形電極のディメンジ
ョンを示す。なお、可動子(電極411)が負極(アー
ス)、固定子(電極412)が正極になるよう配線され
ているものとする。また、図11Cでは、可動子は安定
位置にあり、これを中心とした運動範囲は±4μmとす
る。また紙面に直角方向の電極の厚みtは5μmとす
る。
Next, an example of the dimensions of the comb electrode type capacitor according to the fifth embodiment will be described. FIG. 11C shows a dimension of a comb-shaped electrode according to the fifth embodiment. It is assumed that the movable element (electrode 411) is wired so as to be a negative electrode (earth) and the stator (electrode 412) is wired so as to be a positive electrode. In FIG. 11C, the mover is in a stable position, and the movement range around this is ± 4 μm. The thickness t of the electrode in a direction perpendicular to the paper is 5 μm.

【0067】まず2点鎖線abcdで囲まれた領域を単
位領域とし、この領域内での静電容量の変化を計算す
る。なお電界は理想的な状態として取り扱い、電極面同
士が常に直角方向に対向している部分にのみ電界が生じ
ると仮定する。
First, a region surrounded by a two-dot chain line abcd is set as a unit region, and a change in capacitance in this region is calculated. Note that the electric field is treated as an ideal state, and it is assumed that the electric field is generated only in a portion where the electrode surfaces always face each other in a right angle direction.

【0068】abcd内で得られる静電容量は、A,
B,C,D,E部の合計値となる。可動子と固定子は、
それぞれの部分での静電容量がCC=CA+CE,CB=C
Dとなるような対称性を持った形状になっている。
The capacitance obtained in abcd is A,
It is the sum of the B, C, D, and E parts. The mover and stator are
The capacitance at each part is CC = CA + CE, CB = C
It has a shape with symmetry such as D.

【0069】まず、可動子が最も固定子から離れた状態
に移動した場合の静電容量C1を求める。C部のその時
点での静電容量をCc1、B部のその時点での静電容量を
Cb1とする。またC部の電極間距離をdc1とし、B部の
電極間距離をdb1とする。C部の電極幅をWc1とし、B
部の電極幅をWb1とする。
First, the capacitance C1 when the mover moves farthest from the stator is determined. The capacitance of the part C at that time is Cc1, and the capacitance of the part B at that time is Cb1. The distance between the electrodes of the portion C is dc1 and the distance between the electrodes of the portion B is db1. The electrode width of section C is Wc1, and B
The electrode width of the portion is Wb1.

【0070】 Cc1=t×Wc1×8.85×10^-12/dc1 =5×10^-6×3×10^-6×8.85×10^-12/(9×10^-6) =14.75×10^-18[F] Cb1=t×Wb1×8.85×10^-12/db1 =5×10^-6×1×10^-6×8.85×10^-12/(3×10^-6) =14.75×10^-18[F] よって単位領域内の静電容量の総計C1は、 C1=2Cc1+2Cb1=59×10^-18[F] となる。Cc1 = t × Wc1 × 8.85 × 10 ^ -12 / dc1 = 5 × 10 ^ -6 × 3 × 10 ^ -6 × 8.85 × 10 ^ -12 / (9 × 10 ^ -6 ) = 14.75 * 10 <-18> [F] Cb1 = t * Wb1 * 8.85 * 10 @ -12 / db1 = 5 * 10 @ -6 * 1 * 10 @ -6 * 8.85 * 10 @ -12 / (3 × 10 ^ -6) = 14.75 × 10 ^ -18 [F] Therefore, the total capacitance C1 in the unit area is: C1 = 2Cc1 + 2Cb1 = 59 × 10 ^ -18 [F] Become.

【0071】つぎに、可動子が最も固定子に接近した場
合の右に移動した場合の静電容量C2を求める。C部の
その時点での静電容量をCc2、B部のその時点での静電
容量をCb2とする。C部の電極幅をWc2とし、B部の電
極間距離をdb2とする。C部の電極幅をWc2とし、B部
の電極幅をWb2とする。
Next, the capacitance C2 when the mover moves to the right when it comes closest to the stator is determined. The capacitance of the portion C at that time is Cc2, and the capacitance of the portion B at that time is Cb2. The electrode width of the part C is Wc2, and the distance between the electrodes of the part B is db2. The electrode width of the portion C is Wc2, and the electrode width of the portion B is Wb2.

【0072】 Cc2=t×Wc2×8.85×10^-12/dc2 =5×10^-6×3×10^-6×8.85×10^-12/(1×10^-6) =132.75×10^-18[F] Cb2=t×Wb2×8.85×10^-12/db2 =5×10^-6×9×10^-6×8.85×10^-12/(3×10^-6) =132.75×10^-18[F] よって単位領域内の静電容量の総計C2は、 C2=2Cc2+2Cb2=531×10^-18[F] 単位領域内の静電容量の変動分は C2−C1=472×10^-18[F] となる。Cc2 = t × Wc2 × 8.85 × 10 ^ -12 / dc2 = 5 × 10 ^ -6 × 3 × 10 ^ -6 × 8.85 × 10 ^ -12 / (1 × 10 ^ -6 ) = 132.75 × 10 -18 [F] Cb2 = t × Wb2 × 8.85 × 10 -12 / db2 = 5 × 10 -6 × 9 × 10 -6 × 8.85 × 10 -12 / (3 × 10 ^ -6) = 132.75 × 10 ^ -18 [F] Therefore, the total capacitance C2 in the unit area is C2 = 2Cc2 + 2Cb2 = 531 × 1010-18 [F] unit The variation of the capacitance in the area is C2-C1 = 472 × 10 ^ -18 [F].

【0073】この一単位のコンデンサが多数個集まっ
て、0.25[μF]程度になれば可変容量型コンデン
サとしての性能を満足させることができる。ここで単位
コンデンサの必要個数nを求めると、 n=250×10^-9/(472×10^-18) =0.529×10^9≒0.53G個 となる。
When a large number of such one-unit capacitors are gathered to be about 0.25 [μF], the performance as a variable capacitor can be satisfied. Here, when the required number n of the unit capacitors is obtained, n = 250 × 10 ^ -9 / (472 × 10 ^ -18) = 0.529 × 10 ^ 9 ≒ 0.53G pieces.

【0074】さて、このコンデンサをまとめるとどの位
の大きさになるかを推定してみる。一単位のコンデンサ
が2個集まってはじめて、無駄なく振動を利用できるよ
うになるので実際の基本単位は2点鎖線abcdで囲ま
れた領域の2倍の領域を必要とする。したがってその面
積A0は A0=2×25×10^-6×12×10^-6=6×10^-1
0[m^2] となる。
Now, it will be estimated how large these capacitors will be. Vibration can be used without waste only after two capacitors of one unit are gathered. Therefore, the actual basic unit requires twice the area surrounded by the two-dot chain line abcd. Therefore, the area A0 is A0 = 2 × 25 × 1010-6 × 12 × 10 ^ -6 = 6 × 10 ^ -1
0 [m ^ 2].

【0075】しかし実際にはこれらを有効に作動させる
ために、可動子を空間に維持するためのバネ機構や配線
部分などにも面積を必要とするため、これを実際の機構
部分の面積と同程度と見積る。すなわち面積効率を50
%とすると、必要な単位面積Auは Au=AO×2=12×10^-10[m^2] となる。シリコン基板の厚さを0.5[mm]とする
と、単位コンデンサが占める単位体積Vuは Vu=Au×5×10-4=6×10^-13[m^3] となる。よって必要なコンデンサ素子をすべて収容する
に必要な体積Vは V=Vu×n=6×10^-13×0.53×10^9 =3.18×10^-4[m^3] =318[cm^3] となり、したがって約7cm立方となる。
However, in order to effectively operate them, an area is also required for a spring mechanism for maintaining the mover in a space and a wiring portion. Estimate the degree. That is, an area efficiency of 50
%, The required unit area Au is as follows: Au = AO × 2 = 12 × 10 -10 [m ^ 2] Assuming that the thickness of the silicon substrate is 0.5 [mm], the unit volume Vu occupied by the unit capacitor is as follows: Vu = Au × 5 × 10 −4 = 6 × 10 13 −m 3. Therefore, the volume V necessary for accommodating all the necessary capacitor elements is: V = Vu × n = 6 × 10 13 −0.53 × 10 9 = 3.18 × 10 −4 [m 3] = 318 [cm ^ 3], and thus about 7 cm3.

【0076】ここでシリコン基板の厚さを0.1[m
m]程度と仮定すると、必要な体積Vは、 V=63.6[cm^3] となる。したがって約4cm立方となる。なお、上記櫛
形の可変容量コンデンサを複数個並列接続する場合に
は、図19の(a)あるいは(b)で示したように接続
する。
Here, the thickness of the silicon substrate is set to 0.1 [m
m], the required volume V is V = 63.6 [cm ^ 3]. Therefore, it is about 4 cm3. When a plurality of comb-shaped variable capacitors are connected in parallel, they are connected as shown in FIG. 19 (a) or (b).

【0077】[第6の実施形態]図12は第6の実施形
態による可変容量コンデンサの構成を説明する図であ
る。図12において、4枚の花弁状の形状を持つ電極5
10は軸512と接合される。また、電極510と同一
の形状を持つ電極511は、軸受け513と接合されて
いる。電極510と511は互いに平行に対向するよう
に、軸受け513と軸512を介して設置されて、相対
的な回転角度が変えられる状態になっている。また、電
極511は基板520に固定されており、軸受け513
を介して端子515に電気的に結合されている。また電
極510は軸512を介して端子514に電気的に結合
されている。但し軸受け513と軸512の間は電気的
に絶縁されている。
[Sixth Embodiment] FIG. 12 is a view for explaining the arrangement of a variable capacitor according to a sixth embodiment. In FIG. 12, four electrodes 5 each having a petal-like shape
10 is joined to the shaft 512. The electrode 511 having the same shape as the electrode 510 is joined to the bearing 513. The electrodes 510 and 511 are installed via a bearing 513 and a shaft 512 so as to face each other in parallel, and are in a state where the relative rotation angle can be changed. The electrode 511 is fixed to the substrate 520, and the bearing 513
Is electrically coupled to the terminal 515 via the Electrode 510 is electrically coupled to terminal 514 via shaft 512. However, the bearing 513 and the shaft 512 are electrically insulated.

【0078】図12の(a)では、電極510が電極5
11に対向して最も重なり合っていない角度になってい
る。この結果、電極510と511で形成されるコンデ
ンサの実質的な極板面積が最小となり、電極510と5
11の間に発生する静電容量はもっとも小さい状態にな
っている。
In FIG. 12A, the electrode 510 is
The angle is the least overlapped facing 11. As a result, the substantial plate area of the capacitor formed by the electrodes 510 and 511 is minimized, and the electrodes 510 and 5
The capacitance generated during 11 is the smallest.

【0079】一方、図12の(b)では、電極510が
電極511に対向して最も重なり合っている角度になっ
ている。この結果、電極510と511で形成されるコ
ンデンサの実質的な極板面積が最大となり、電極510
と511の間に発生する静電容量は最も大きい状態にな
っている。
On the other hand, in FIG. 12B, the angle at which the electrode 510 is opposed to the electrode 511 is the most overlapped. As a result, the substantial plate area of the capacitor formed by the electrodes 510 and 511 is maximized, and
And 511 are in the largest state.

【0080】図12(a)、図12(b)から明らかな
ように、第6の実施形態における可変容量型コンデンサ
の静電容量は、外力530を適宜に与えて電極510と
電極511の相対的な角度を変えることで変化させるこ
とができる。よって、図12に示すような第6の実施形
態の可変容量型コンデンサを、端子514と515によ
って図1の電子回路に示すように接続し、外力530に
静電容量を変化させることにより、すなわち図12
(a)、(b)に示されるように電極510と511の
重なり具合を変化させるべく電極510を回転させて静
電容量を変化させることにより、端子514と515か
らエネルギーを取り出すことができる。
As is clear from FIGS. 12A and 12B, the capacitance of the variable capacitance type capacitor according to the sixth embodiment is obtained by appropriately applying an external force 530 to the electrode 510 and the electrode 511. Can be changed by changing the basic angle. Therefore, by connecting the variable capacitance type capacitor of the sixth embodiment as shown in FIG. 12 by the terminals 514 and 515 as shown in the electronic circuit of FIG. 1, and changing the capacitance to an external force 530, FIG.
As shown in (a) and (b), by changing the capacitance by rotating the electrode 510 to change the degree of overlap between the electrodes 510 and 511, energy can be extracted from the terminals 514 and 515.

【0081】なお、電極の花弁形状の分割数は本実施形
態で示した4弁とは限らず、任意の数にすることができ
る。ただし分割数が多いほど回転角に対する静電容量の
変化は大きくなる。また、電極510と511との間の
相対的な回転角は、両電極の重なりあう部分の面積の変
化が、電極面積の少なくとも1/2以上であることが好
ましい。
The number of divisions of the petal shape of the electrode is not limited to four as shown in this embodiment, but may be any number. However, the greater the number of divisions, the greater the change in capacitance with respect to the rotation angle. Further, as for the relative rotation angle between the electrodes 510 and 511, it is preferable that the change in the area of the overlapping portion of the two electrodes is at least 1 / or more of the electrode area.

【0082】1対の電極が対向した時の電極間隙は、d
=0.1〜10μm程度が好ましい(理由については後
述する)。電極対の直径が大きくなると回転に伴う電極
のたわみを防止するために電極の厚みを増加することに
なり、発電ユニット全体の容積が増大してしまう。その
ため、エネルギーを増加させるには軸方向に多数の電極
対を積層させた形状が望ましい。また、そのようにする
ことによって対応電極間に生ずるクーロン力による電極
のひずみを低減することができる。
The electrode gap when a pair of electrodes face each other is d
= 0.1 to 10 μm is preferable (the reason will be described later). When the diameter of the electrode pair is increased, the thickness of the electrode is increased in order to prevent the deflection of the electrode due to the rotation, and the volume of the entire power generation unit is increased. Therefore, in order to increase energy, a shape in which a large number of electrode pairs are stacked in the axial direction is desirable. Further, by doing so, it is possible to reduce the distortion of the electrodes due to the Coulomb force generated between the corresponding electrodes.

【0083】円盤の半径をr=10[mm]、電極占有
率ηを0.4として、第1の実施形態と同程度の電極面
積を得るための電極対の数nを求めると、 n=S/(πr^2・η) =1.1/(π×100×10^-5×0.4) =8758 電極対のピッチを10μmとすれば、軸方向の全長は L=n×0.01 =87[mm] となる。
When the radius of the disk is r = 10 [mm] and the electrode occupancy η is 0.4, the number n of electrode pairs for obtaining the same electrode area as in the first embodiment is obtained. S / (πr ^ 2 · η) = 1.1 / (π × 100 × 10 ^ −5 × 0.4) = 8758 If the pitch of the electrode pair is 10 μm, the total length in the axial direction is L = n × 0 .01 = 87 [mm].

【0084】変位としては容量が最大から最小に変化す
るための最小変位は1枚当たりの電極の数K(電極数)
で決まるが、それ以上に変位しても繰り返し容量の変化
を得ることができる。Kは電極間隙dに対して、 2πr/K>20d の関係を満たす範囲で増加させても良い。仮にd=0.
1μmとすればK<30000である。k=1000と
すれば、第6の実施形態の場合、2π/1000〜∞
[rad]の広い範囲の角度変化に亘って有効である。
なお、図12に示したような可変容量コンデンサを複数
個接続する際には、図19の(a)または(b)のいず
れかに示した形態で接続を行なう。
As the displacement, the minimum displacement for changing the capacitance from the maximum to the minimum is the number of electrodes K per electrode (the number of electrodes).
However, even if the displacement is further increased, a change in capacitance can be obtained repeatedly. K may be increased with respect to the electrode gap d within a range that satisfies the relationship of 2πr / K> 20d. If d = 0.
If it is 1 μm, K <30000. If k = 1000, in the case of the sixth embodiment, 2π / 1000 to ∞
It is effective over a wide range of angle changes of [rad].
When a plurality of variable capacitance capacitors as shown in FIG. 12 are connected, the connection is made in the form shown in either (a) or (b) of FIG.

【0085】[第7の実施形態]図13は第7の実施形
態による可変容量コンデンサの構成を説明する図であ
る。図13において、電極支持体620上に、電極60
1,602,603,604,605及び606が取り
付けられている。これら電極群601〜606は端子6
41と電気的に接続されている。また、電極支持体62
1上には、電極611,612,613,614,61
5及び616が取り付けられている。これらの電極群6
11〜616は端子642と電気的に接続されている。
そして、電極群601〜606と電極群611〜615
は互いに対向し、それぞれ一対の電極毎にコンデンサが
形成されている。そして、これらのコンデンサの空間部
分650に可動子630が挿入されている。可動子63
0は、高い誘電率を持つ誘電体材料631と非誘電体材
料(または低い誘電率の誘電体材料)632を交互に直
線上に配列して接合することで形成されている。なお、
誘電体材料632の配置間隔は、電極の配置間隔と等し
い。
[Seventh Embodiment] FIG. 13 is a view for explaining the arrangement of a variable capacitor according to the seventh embodiment. In FIG. 13, the electrode 60 is placed on the electrode support 620.
1, 602, 603, 604, 605 and 606 are attached. These electrode groups 601 to 606 are connected to terminal 6
41 and is electrically connected. Also, the electrode support 62
1, electrodes 611, 612, 613, 614, 61
5 and 616 are attached. These electrode groups 6
11 to 616 are electrically connected to the terminal 642.
Then, the electrode groups 601 to 606 and the electrode groups 611 to 615
Are opposed to each other, and a capacitor is formed for each pair of electrodes. The mover 630 is inserted into the space 650 of these capacitors. Mover 63
0 is formed by alternately arranging and joining a dielectric material 631 having a high dielectric constant and a non-dielectric material (or a dielectric material having a low dielectric constant) 632 on a straight line. In addition,
The arrangement interval of the dielectric material 632 is equal to the arrangement interval of the electrodes.

【0086】図13の(a)において、可動子630と
コンデンサ群との位置関係は、外力630により、コン
デンサを形成する電極群の内部に高い誘電率を持つ誘電
体材料631が挿入された状態となっている。また、非
誘電体材料(または低い誘電率の誘電体材料)632は
コンデンサを形成する電極群の外部に位置するような状
態になっている。この結果、端子641と642の間で
計られる静電容量は最大値を示す。
In FIG. 13A, the positional relationship between the mover 630 and the capacitor group is such that the external force 630 inserts the dielectric material 631 having a high dielectric constant into the electrode group forming the capacitor. It has become. The non-dielectric material (or a dielectric material having a low dielectric constant) 632 is in a state of being located outside the electrode group forming the capacitor. As a result, the capacitance measured between the terminals 641 and 642 shows the maximum value.

【0087】また、図13の(b)においては、可動子
630の高い誘電率を持つ誘電体材料631の部分が、
外力660により、コンデンサを形成する電極群の外部
に引き出された状態になっている。この結果、非誘電体
材料(または低い誘電率の誘電体材料)632の部分が
コンデンサを形成する電極群の内部に挿入された状態に
なる。このため、端子641と642で計られる静電容
量は最小値を示す。
In FIG. 13B, the portion of the dielectric material 631 having a high dielectric constant of the mover 630 is
It is in a state of being drawn out of the electrode group forming the capacitor by the external force 660. As a result, a portion of the non-dielectric material (or a dielectric material having a low dielectric constant) 632 is inserted into the electrode group forming the capacitor. Therefore, the capacitance measured at the terminals 641 and 642 shows the minimum value.

【0088】以上のように、外力660、661を適宜
加えることにより、図13の静電容量可変型コンデンサ
の静電容量を変化させることができる。従って、図13
に示されるコンデンサを、端子641と642を介して
図1の電子回路に示すように接続し、外力660、66
1を加えて静電容量を変化させることにより、すなわ
ち、可動子630と電極群の位置関係を図13の(a)
に示すようにしたり、また図13の(b)に示すように
して端子間の静電容量を変動させることにより、端子6
41と642からエネルギーを取り出すことができる。
As described above, by appropriately applying the external forces 660 and 661, the capacitance of the variable capacitance type capacitor shown in FIG. 13 can be changed. Therefore, FIG.
Are connected via terminals 641 and 642 as shown in the electronic circuit of FIG.
1 to change the capacitance, that is, the positional relationship between the mover 630 and the electrode group is changed as shown in FIG.
13 or by changing the capacitance between the terminals as shown in FIG.
Energy can be extracted from 41 and 642.

【0089】なお、第7の実施形態によれば、可動子と
電極の長さを短くして多数個並べるようにしたので、可
動子のわずかな移動により、大きな静電容量の変化を得
ることができる。
According to the seventh embodiment, since a large number of movable elements and electrodes are arranged so as to be arranged side by side, a large change in capacitance can be obtained by a slight movement of the movable element. Can be.

【0090】この場合の電極対の電極間隙も、d=0.
1〜10μm程度が好ましく、介在する可動子630の
厚さもほぼこの大きさになる。もし電極が後述の第9の
実施形態で説明するようにポーラス状の表面を有する場
合には、可動子の運動を妨げないために可動子と電極面
は可動子の厚み以下の範囲で空隙があっても良い。
In this case, the electrode gap between the electrode pairs is also d = 0.
The thickness is preferably about 1 to 10 μm, and the thickness of the interposed mover 630 is also approximately this size. If the electrode has a porous surface as described in a ninth embodiment described below, a gap is formed between the mover and the electrode surface in a range not more than the thickness of the mover so as not to hinder the movement of the mover. There may be.

【0091】図13における電極対全体の幅をW=10
[mm]、長さ(図の奥行き方向)をL=10[m
m]、可動子の誘電体部631の誘電率を第1の実施形
態のフィルムと同程度とし、電極占有率ηを0.5とし
て第1の実施形態と同程度の電極面積を得るための電極
対の数nを求めると、 n=S/(W×L×η) =1.1/(10×10^-3×10×10^-3×0.5) =22000 電極対ピッチを10μmとした場合、積層後の全体の高
さは H=22000×0.01 =220[mm] となる。
The width of the entire electrode pair in FIG.
[Mm], and the length (the depth direction in the figure) is L = 10 [m].
m], the dielectric constant of the dielectric portion 631 of the mover is set to be substantially the same as that of the film of the first embodiment, and the electrode occupancy η is set to 0.5 to obtain the same electrode area as that of the first embodiment. When the number n of the electrode pairs is obtained, n = S / (W × L × η) = 1.1 / (10 × 10 -3 × 10 × 10 -3 × 0.5) = 22000 When the thickness is 10 μm, the total height after lamination is H = 22000 × 0.01 = 220 [mm].

【0092】変位としては容量が最大から最小に変化す
るための最小変位は電極支持体上に形成されている電極
のピッチP(電極ピッチ)で決まるが、それ以上に変位
しても繰り返し容量の変化を得ることができる。Pは電
極間隙の10倍程度の大きさまで小さくしても良いと考
えられるので、仮にd=0.1μmとすればP=1μm
でも良い。可動子の変位が1[mm]でも総対向電極面
積の低下は1割に留まるので、この実施形態の場合、
0.001〜1[mm]程度の広い範囲の変位に亘って
有効である。
The minimum displacement for changing the capacitance from the maximum to the minimum is determined by the pitch P (electrode pitch) of the electrodes formed on the electrode support. Change can be obtained. Since it is considered that P may be reduced to about 10 times the electrode gap, if d = 0.1 μm, P = 1 μm
But it is good. Even if the displacement of the mover is 1 [mm], the decrease in the total counter electrode area is only 10%, so in the case of this embodiment,
This is effective over a wide range of displacement of about 0.001 to 1 [mm].

【0093】なお、図13に示される可変容量コンデン
サを複数接続する際は、図19の(a)または(b)の
いずれかに示したような形態で接続を行なう。
When a plurality of variable capacitance capacitors shown in FIG. 13 are connected, they are connected in a form as shown in FIG. 19 (a) or (b).

【0094】[第8の実施形態]図14は第8の実施形
態による可変容量コンデンサの構成を説明する図であ
る。図14において、4枚の花弁状の形状を持つ電極7
10と、電極710と同一形状を持つ電極711は、互
いに平行に対向するよう軸713に適度な間隔をおいて
接合されコンデンサを形成している。軸713と軸71
4は同一の回転中心718を持っており、互いにまわり
対偶となっている。電極710及び電極711と同一の
形状を持つ可動子712は、軸受け714に接合されて
いる。また、可動子712は、電極710と電極711
の間に適当な間隙をおくようにして挿入されている。し
たがって可動子712は、軸713を中心にして対向す
る電極710と電極711の間を回転することができ
る。電極711は基板720に固定されている。電極7
11は端子715に電気的に接合されている。また電極
710は端子716に電気的に接合されている。ただし
軸受け713と軸714の間は電気的に絶縁されてい
る。
[Eighth Embodiment] FIG. 14 is a view for explaining the arrangement of a variable capacitor according to the eighth embodiment. In FIG. 14, an electrode 7 having four petals is formed.
The electrode 10 and the electrode 711 having the same shape as the electrode 710 are joined to the shaft 713 at an appropriate interval so as to face in parallel with each other to form a capacitor. Shaft 713 and Shaft 71
4 have the same center of rotation 718, and are paired around each other. The mover 712 having the same shape as the electrode 710 and the electrode 711 is joined to the bearing 714. The mover 712 includes an electrode 710 and an electrode 711.
With an appropriate gap between them. Therefore, the mover 712 can rotate between the opposing electrodes 710 and 711 about the axis 713. The electrode 711 is fixed to the substrate 720. Electrode 7
11 is electrically connected to the terminal 715. The electrode 710 is electrically connected to the terminal 716. However, the bearing 713 and the shaft 714 are electrically insulated.

【0095】図14の(a)においては、可動子712
は、外力730によって、コンデンサを形成している電
極710と電極711が作る空間から引き出され、最も
重なり合っていない角度になっている。この結果、電極
710と電極711の間に生じる静電容量は最も小さい
状態になっている。
In FIG. 14A, the mover 712
Is drawn out of the space created by the electrodes 710 and 711 forming the capacitor by an external force 730, and is at the least overlapped angle. As a result, the capacitance generated between the electrode 710 and the electrode 711 is the smallest.

【0096】一方、図14の(b)においては、可動子
712は、外力730によって、コンデンサを形成して
いる電極710と電極711とが作る空間の中に挿入さ
れ、最も重なり合った角度になっている。可動子712
は導体もしくは高誘電率の材料で作られているため、電
極710と電極711の間に発生する静電容量は最も大
きくなる。
On the other hand, in FIG. 14B, the mover 712 is inserted into the space formed by the electrode 710 and the electrode 711 forming the capacitor by the external force 730, and has the most overlapping angle. ing. Mover 712
Is made of a conductor or a material having a high dielectric constant, the capacitance generated between the electrode 710 and the electrode 711 becomes the largest.

【0097】以上のように、外力730を適宜与えるこ
とにより、図14に示されるコンデンサの容量を変化さ
せることができる。よって、端子715と716を介し
て図14に示される可変容量コンデンサを図1の電子回
路に示すように接続し、外力730によってその静電容
量を変化させることにより、すなわち、外力730によ
って図14の(a)に示す如き重なり具合になるよう可
動子712を回転させ、また図14の(b)に示す如き
重なり具合になるよう可動子712を回転させて静電容
量を変動させることにより、端子715と716からエ
ネルギーを取り出すことができる。
As described above, by appropriately applying the external force 730, the capacitance of the capacitor shown in FIG. 14 can be changed. Therefore, by connecting the variable capacitor shown in FIG. 14 via the terminals 715 and 716 as shown in the electronic circuit of FIG. 1 and changing its capacitance by an external force 730, that is, by applying an external force 730 to FIG. By rotating the mover 712 so as to be in the overlapping condition as shown in FIG. 14A, and by rotating the mover 712 so as to be in the overlapping condition as shown in FIG. Energy can be extracted from the terminals 715 and 716.

【0098】なお、電極と可動子の花弁形状の分割数は
4弁とは限らず任意の数にすることができる。ただし分
割数が多いほど回転角に対する静電容量の変化は大きく
なる。
Note that the number of divisions of the electrode and the movable member in the petal shape is not limited to four, but may be any number. However, the greater the number of divisions, the greater the change in capacitance with respect to the rotation angle.

【0099】次に、第8の実施形態による電極構造のデ
ィメンジョンについて説明する。第8の実施形態では、
電極対の間の可動子が導体であるため、+側電極、−側
電極と可動子との間にはそれぞれ空隙が必要である。こ
の空隙の和が最小電極間距離dmin(0.1〜10μ
m)となるようにする。可変容量コンデンサ全体の大き
さ、これを複数個接続する方法は第6の実施形態と同様
である。
Next, the dimensions of the electrode structure according to the eighth embodiment will be described. In the eighth embodiment,
Since the mover between the pair of electrodes is a conductor, a gap is required between the positive electrode and the negative electrode and the mover. The sum of the gaps is the minimum distance between the electrodes dmin (0.1 to 10 μm).
m). The size of the entire variable capacitor and the method of connecting a plurality of the capacitors are the same as in the sixth embodiment.

【0100】[第9の実施形態]第9の実施形態は、電
極表面を実質的に広くする方式の一例である。図15は
第9の実施形態による可変容量コンデンサの構成を説明
する図である。図15において、電極810及び電極8
11の表面には、それぞれ活性炭などのマイクロポーラ
スを持つ材料(以下、マイクロポーラス材料と呼ぶ)8
12と813が取り付けられている。また、これらが接
触しても短絡が生じないように、マイクロポーラス材料
812の表面には絶縁膜814が設けられている。電極
810と811はそれぞれ端子820と821に電気的
に接続されている。
[Ninth Embodiment] The ninth embodiment is an example of a system in which the electrode surface is substantially widened. FIG. 15 is a diagram illustrating the configuration of a variable capacitor according to the ninth embodiment. In FIG. 15, the electrodes 810 and 8
A material having a microporous material such as activated carbon (hereinafter referred to as a microporous material) 8
12 and 813 are attached. Further, an insulating film 814 is provided on the surface of the microporous material 812 so that a short circuit does not occur even when they come into contact with each other. Electrodes 810 and 811 are electrically connected to terminals 820 and 821, respectively.

【0101】第9の実施形態は、図4で説明した原理
(極板間距離の変化)によって静電容量を変化させる。
マイクロポーラス材料は実質的に非常に大きな表面積を
持つため、電極811や812の表面積に比べて、実効
表面積は極めて大きなものになっている。
In the ninth embodiment, the capacitance is changed according to the principle described in FIG. 4 (change in the distance between the electrode plates).
Since the microporous material has a substantially very large surface area, the effective surface area is extremely large as compared with the surface area of the electrodes 811 and 812.

【0102】図15に示す可変容量コンデンサを、端子
820と821を用いて図1の電子回路に示すように接
続し、図15の(a)に示されるように外力831によ
り電極810と811及びそれらに取付けられたマイク
ロポーラス材料812と813を接近させたり、あるい
は図15の(b)に示されるように外力832によって
電極810と811及びそれらに取付けられたマイクロ
ポーラス材料812と813を引き離すことにより、端
子820と821の間の静電容量が大きく変動する。こ
のため、端子820と821から効率良くエネルギーを
取り出せる。
The variable capacitor shown in FIG. 15 is connected using the terminals 820 and 821 as shown in the electronic circuit of FIG. 1 and the electrodes 810 and 811 and the electrodes 810 and 811 are connected by an external force 831 as shown in FIG. Approaching the microporous materials 812 and 813 attached to them, or separating the electrodes 810 and 811 and the microporous materials 812 and 813 attached thereto by an external force 832 as shown in FIG. As a result, the capacitance between the terminals 820 and 821 greatly varies. Therefore, energy can be efficiently extracted from the terminals 820 and 821.

【0103】なお、第9の実施形態では極板間の距離を
変化させる形態で説明したが、上述のあらゆる方式に対
しても適用できることは明らかである。
Although the ninth embodiment has been described in the form of changing the distance between the electrode plates, it is apparent that the present invention can be applied to any of the above-described methods.

【0104】マイクロポーラスは電極表面の性状に関す
るものであり、第1〜第8の実施形態で用いられている
全ての電極に応用可能である。但し、第4〜第8の実施
形態のように、電極面上で摺動が生ずる場合には、その
表面が平滑になるよう、絶縁物にコーティングがなされ
ても良い。
The microporous relates to the properties of the electrode surface, and can be applied to all the electrodes used in the first to eighth embodiments. However, when sliding occurs on the electrode surface as in the fourth to eighth embodiments, the insulating material may be coated so that the surface becomes smooth.

【0105】[第10の実施形態]以上、第1乃至第9
の実施形態によって可変容量コンデンサの種々の形態を
説明した。ところで、図1乃至図3を用いて説明したよ
うに、本実施形態による静電容量型発電装置を自立して
継続的に機能させるには、出力側からコンデンサ10に
電荷を供給するための構成が必要となる。第10の実施
形態では、可変容量コンデンサへの電荷供給を出力側
(電荷蓄積部)から得るための構成について説明する。
[Tenth Embodiment] The first to ninth embodiments have been described above.
Various embodiments of the variable capacitor have been described according to the embodiments. By the way, as described with reference to FIGS. 1 to 3, in order for the capacitance-type power generation device according to the present embodiment to function independently and continuously, a configuration for supplying an electric charge to the capacitor 10 from the output side. Is required. In the tenth embodiment, a configuration for obtaining charge supply to a variable capacitor from an output side (charge storage unit) will be described.

【0106】図16は可変容量型コンデンサへの電荷供
給を出力側から得る方式の具体例を説明する図である。
図16において、61は可変容量型コンデンサであり、
上記第1乃至第9実施形態で説明した如きコンデンサが
適用される。63は電荷蓄積部であり、電荷蓄積用のコ
ンデンサ(あるいは二次電池でも良い)63bと、コン
デンサ63bへ可変容量型コンデンサ61から電荷を移
動させるためのダイオード63aとを備える。また、6
2は電荷供給部であり、DC−DCコンバータ62a
と、スイッチ62bとを備える。電荷蓄積部63の電圧
V2はDC−DCコンバータ62aによって高効率に入
力電圧V1に変換され、スイッチ62bを介して可変容
量型コンデンサ61に供給される。なお、スイッチ62
bは可変容量型コンデンサ61の電極変位に連動し、可
変容量型コンデンサ61の容量が極大となったときにオ
ンとなる。なお、スイッチ62bは、DC−DCコンバ
ータ62aよりのSWON信号によってそのスイッチン
グタイミングが制御されるが、その制御の詳細は後述す
る。
FIG. 16 is a diagram for explaining a specific example of a method of obtaining a charge supply to the variable capacitor from the output side.
In FIG. 16, reference numeral 61 denotes a variable capacitor.
The capacitors described in the first to ninth embodiments are applied. A charge storage unit 63 includes a charge storage capacitor (or a secondary battery) 63b and a diode 63a for transferring charge from the variable capacitor 61 to the capacitor 63b. Also, 6
Reference numeral 2 denotes a charge supply unit, which is a DC-DC converter 62a.
And a switch 62b. The voltage V2 of the charge storage unit 63 is converted into the input voltage V1 with high efficiency by the DC-DC converter 62a, and is supplied to the variable capacitor 61 via the switch 62b. The switch 62
b is linked with the electrode displacement of the variable capacitance type capacitor 61 and is turned on when the capacitance of the variable capacitance type capacitor 61 becomes maximum. The switching timing of the switch 62b is controlled by a SWON signal from the DC-DC converter 62a, and the details of the control will be described later.

【0107】なお、スイッチ62bは図1のダイオード
53と同様な働きをするものであり、ダイオードによる
損失が十分無視できるような場合(Vd<<V2;Vd
はダイオードの順方向電圧降下)は、スイッチ62dを
ダイオードに置き換えてもよい。
The switch 62b has a function similar to that of the diode 53 shown in FIG. 1, and when the loss due to the diode is sufficiently negligible (Vd <<V2; Vd
Is the forward voltage drop of the diode), the switch 62d may be replaced with a diode.

【0108】可変容量型コンデンサ61の容量極大時に
おける電荷は、 Q1=C1・V1 であり、可変容量型コンデンサの容量が低下して電圧が
電荷蓄積部63の電圧V2を超え始めると、可変容量型
コンデンサ61の電荷が電荷蓄積部63に移動し始め
る。最終的に可変容量型コンデンサ61の容量が極小値
をC2となった時点では、可変容量型コンデンサ61に
残る電荷Q2は、 Q2=C2・V2 で表される。その結果、電荷蓄積部63に移動した電荷
は、 Qg=Q1−Q2 となる。
The electric charge of the variable capacitance type capacitor 61 when the capacitance is maximized is Q1 = C1 · V1. When the capacitance of the variable capacitance type capacitor decreases and the voltage starts to exceed the voltage V2 of the charge storage unit 63, the variable capacitance The charge of the mold capacitor 61 starts to move to the charge storage unit 63. When the capacitance of the variable capacitor 61 finally reaches the minimum value of C2, the charge Q2 remaining in the variable capacitor 61 is expressed by Q2 = C2 · V2. As a result, the charge that has moved to the charge storage unit 63 is as follows: Qg = Q1-Q2.

【0109】一方、Q2は可変容量型コンデンサ61の
容量が極大となるまで維持されるので、DC−DCコン
バータ62aから出力すべき電荷Qoは上記Qgと等し
くなり、 Qo=Q1−Q2 で表される。このことは電荷保存則から当然の結果であ
る。
On the other hand, since Q2 is maintained until the capacitance of the variable capacitor 61 becomes maximum, the charge Qo to be output from the DC-DC converter 62a becomes equal to the above-mentioned Qg, and is expressed by Qo = Q1-Q2. You. This is a natural result from the law of conservation of charge.

【0110】DC−DCコンバータ62aはQgの一部
Qgpを以下の関係でQoに変換する。すなわち、 Qo=Qg=η(V2/V1)Qgp となる。ここで、ηはDC−DCコンバータ62aの変
換効率である。ηを1に近づけ、V2をV1に対して充
分に大きくとれば、静電発電機全体の発電効率が高まる
ことがわかる。
The DC-DC converter 62a converts a part Qgp of Qg into Qo according to the following relationship. That is, Qo = Qg = η (V2 / V1) Qgp. Here, η is the conversion efficiency of the DC-DC converter 62a. It can be seen that if η is brought close to 1 and V2 is made sufficiently large with respect to V1, the power generation efficiency of the entire electrostatic generator increases.

【0111】図17は第10の実施形態によるDC−D
Cコンバータ62aの一例を示す図である。DC−DC
コンバータ62aは、n個のフライングキャパシタ71
−1〜71−n、n個の直列接続用スイッチ72−1〜
72−n、n個の並列接続用スイッチ73−1〜73−
n、n−1個のコモン接続用スイッチ74−1〜74−
n−1を備える。
FIG. 17 shows a DC-D according to the tenth embodiment.
It is a figure showing an example of C converter 62a. DC-DC
The converter 62a includes n flying capacitors 71
-1 to 71-n, n series connection switches 72-1 to 71-n
72-n, n parallel connection switches 73-1 to 73-
n, n-1 common connection switches 74-1 to 74-
n-1.

【0112】DC−DCコンバータのn個のフライング
キャパシタは全て同容量が望ましく、その1個の容量を
Cとするならば、直列接続時には全体の容量はC/nと
なる。よって、これに蓄えられる電荷量q2は、 q2=C・V2/n となる。また、並列接続時にはフライングキャパシタの
全体の容量はn・Cとなり、蓄えられる電荷量q1は、 q1=n・C・V1 となる。また、V1=V2/nとなるため、電荷の利得
は q1/q2=n となる。
It is desirable that all of the n flying capacitors of the DC-DC converter have the same capacitance. If one of the capacitances is C, the total capacitance is C / n when connected in series. Therefore, the electric charge amount q2 stored in this becomes: q2 = C · V2 / n. In parallel connection, the entire capacitance of the flying capacitor is n · C, and the amount of charge q1 stored is q1 = n · C · V1. Further, since V1 = V2 / n, the charge gain is q1 / q2 = n.

【0113】直列接続用スイッチ72−1〜72−nが
オンの場合、並列接続用スイッチ73−1〜73−nと
コモン接続用スイッチ74−1〜74−n−1はオフと
なり、フライングキャパシタ71−1〜71−nが直列
に接続される。逆に直列接続用スイッチ72−1〜72
−nがオフの場合、並列接続用スイッチ73−1〜73
−nとコモン接続用スイッチ74−1〜74−n−1が
オンとなり、フライングキャパシタ71−1〜71−n
は並列に接続される。
When the series connection switches 72-1 to 72-n are on, the parallel connection switches 73-1 to 73-n and the common connection switches 74-1 to 74-n-1 are off, and the flying capacitor 71-1 to 71-n are connected in series. Conversely, series connection switches 72-1 to 72
When -n is off, the switches 73-1 to 73 for parallel connection
-N and the common connection switches 74-1 to 74-n-1 are turned on, and the flying capacitors 71-1 to 71-n are turned on.
Are connected in parallel.

【0114】制御回路75は、可変容量型コンデンサ6
1の容量が極大の時、前述のスイッチ62bのオン動作
と同時にフライングキャパシタ71−1〜71−nを並
列接続側に切り替えて可変容量型コンデンサ61に電荷
を供給する。可変容量型コンデンサ61の変位が開始さ
れると同時にフライングキャパシタ71−1〜71−n
は直列接続側に切り替わり、可変容量型コンデンサ61
に供給した分の電荷の1/nを電荷蓄積部側から得る。
尚、この系を安定に動作させるためには、初期状態に電
荷蓄積部の電圧V2を他の手段で与えておく必要がある
が、以後の動作はこの系自身で発生する電力によって、
完全に自立して行うことができる。
The control circuit 75 includes the variable capacitor 6
When the capacitance of No. 1 is the maximum, the flying capacitors 71-1 to 71-n are switched to the parallel connection side at the same time when the switch 62b is turned on to supply the electric charge to the variable capacitance type capacitor 61. At the same time as the displacement of the variable capacitor 61 is started, the flying capacitors 71-1 to 71-n
Is switched to the series connection side, and the variable capacitor 61
Is obtained from the charge storage unit side.
In order to operate this system stably, it is necessary to apply the voltage V2 of the charge storage unit to the initial state by other means, but the subsequent operation is performed by the power generated by the system itself.
Can be done completely independently.

【0115】さて、上述したように、可変容量コンデン
サ61の容量が極大の時にスイッチ62bのオン動作、
フライングキャパシタの接続切換えが行なわれるが、こ
の制御は制御回路75によって行われる。容量が極大に
なったことを検出するためには、可変容量コンデンサ6
1の電極間距離が最小となったことを検出する既製のセ
ンサを用いる方法も考えられるが、システムの特性を生
かした形態として、可変容量コンデンサ61の電極間の
電圧がV1となる点(図3参照)を利用する。電圧がV
1の状態では、コンデンサ容量はC0からC0+ΔCに変
化するが、この間、スイッチ62bがオンであったとし
ても問題はない。
As described above, when the capacitance of the variable capacitor 61 is the maximum, the switch 62b is turned on,
The connection of the flying capacitor is switched, and this control is performed by the control circuit 75. In order to detect that the capacitance has become maximum, the variable capacitor 6
A method using an off-the-shelf sensor for detecting that the distance between the electrodes 1 is minimized is also conceivable. However, as a form utilizing the characteristics of the system, the voltage between the electrodes of the variable capacitor 61 becomes V1 (see FIG. 3). Voltage is V
In the state of 1, the capacitance of the capacitor changes from C0 to C0 + .DELTA.C. During this time, there is no problem even if the switch 62b is on.

【0116】図18は制御回路75の詳細な回路構成例
を示す図である。この回路において、コンパレータ90
1の−側入力に可変容量コンデンサの電圧Vc、+側入
力に基準電圧発生回路905の出力Vrefが接続され
ている。Vrefとしては所望の2次側出力電圧をV2
0とするならば、 Vref=V20/n を設定する。コンパレータ901の出力PSELは、図
17における並列接続側スイッチ73−1〜73−n,
74−1〜74−n−1の制御入力に接続されている。
更に出力PSELはインバータ904によって反転され
SSELとなり、図17における直列接続側スイッチ7
3−1〜73−n,74−1〜74−n−1の制御入力
に接続される。もう一つのコンパレータ902の−側入
力には並列接続スイッチ出力V1、+側入力には基準電
圧発生回路905の出力Vrefが接続されている。コ
ンパレータ902の出力はゲート903を経由して図1
6におけるスイッチ62bの制御入力(SWON)に接
続されている。この信号はコンパレータ901の出力が
Hレベル、即ち並列接続スイッチがオン状態の時にのみ
有効となる。
FIG. 18 is a diagram showing a detailed circuit configuration example of the control circuit 75. In this circuit, the comparator 90
The voltage Vc of the variable capacitor is connected to the minus side input of 1 and the output Vref of the reference voltage generating circuit 905 is connected to the plus side input. As Vref, the desired secondary output voltage is V2
If it is set to 0, Vref = V20 / n is set. The output PSEL of the comparator 901 is connected to the parallel connection side switches 73-1 to 73-n,
74-1 to 74-n-1.
Further, the output PSEL is inverted by the inverter 904 to become the SSEL, and the series connection side switch 7 in FIG.
3-1 to 73-n and 74-1 to 74-n-1. The other input of the comparator 902 is connected to the parallel connection switch output V1 to the negative input, and the output Vref of the reference voltage generation circuit 905 is connected to the positive input. The output of the comparator 902 passes through the gate 903 and
6 is connected to the control input (SWON) of the switch 62b. This signal is valid only when the output of the comparator 901 is at the H level, that is, when the parallel connection switch is on.

【0117】尚、リミッタ906は可変容量コンデンサ
61の電圧が高いレベルに増加した場合にコンパレータ
入力を保護するためのものであり、制御動作には影響し
ない。
The limiter 906 protects the input of the comparator when the voltage of the variable capacitor 61 increases to a high level, and does not affect the control operation.

【0118】可変容量コンデンサ61の電圧がVref
よりも低下すると(図3のd点)コンパレータ901の
出力がHレベルとなり、DC−DCコンバータのフライ
キングキャパシタが直列接続から並列接続に切り替わ
る。この時V1にはV2/nの電圧が現れる。このV1
はコンパレータ902によって基準電圧Vrefと比較
され、V1<Vrefであればスイッチ62bはオンと
なる、V1>Vrefであればスイッチ62bはオフを
維持する、といった動作を行う。可変容量コンデンサ6
1は、図3のa点に至るまでの間、更に容量を増加さ
せ、スイッチ62bがオンならば電荷供給源(DC−D
Cコンバータ)から電荷を得ることになる。
When the voltage of the variable capacitor 61 is Vref
When the voltage falls below the threshold (point d in FIG. 3), the output of the comparator 901 becomes H level, and the flying capacitor of the DC-DC converter switches from series connection to parallel connection. At this time, a voltage of V2 / n appears at V1. This V1
Is compared with the reference voltage Vref by the comparator 902. When V1 <Vref, the switch 62b is turned on, and when V1> Vref, the switch 62b is kept off. Variable capacitor 6
1 further increases the capacitance until the point a in FIG. 3 is reached. If the switch 62b is on, the charge supply source (DC-D
C converter).

【0119】スイッチ62bがオフの場合でも、図3の
a点に至るまでの間に可変容量コンデンサの容量が増加
していく過程では電圧は下がり続けるので、Vrefよ
りも低くなる場合もあり得る。コンパレータ902の出
力はその時点でHレベルとなりスイッチ62bをオンに
し、V1からの電荷が可変容量コンデンサに供給され
る。
Even when the switch 62b is off, the voltage continues to decrease in the process of increasing the capacitance of the variable capacitor until the point a in FIG. 3 is reached, so that the voltage may become lower than Vref. The output of the comparator 902 becomes H level at that time, turning on the switch 62b, and the electric charge from V1 is supplied to the variable capacitor.

【0120】系の状態が図3のa点を過ぎると、可変容
量コンデンサ61の容量が低下するため電圧が上昇し、
コンパレータ901,902の出力がLレベルとなり、
スイッチ62bはオフ状態となる。電荷供給源V1から
可変容量コンデンサに転送される電荷量は2次側出力V
2のレベルに応じて制御され、常に所望のレベルV20
を維持するよう動作する。
When the state of the system passes a point a in FIG. 3, the voltage of the variable capacitor 61 decreases, and the voltage increases.
The outputs of the comparators 901 and 902 become L level,
The switch 62b is turned off. The amount of charge transferred from the charge supply source V1 to the variable capacitor is the secondary output V
2 is controlled according to the level of V2
Work to maintain.

【0121】以上説明したように、上記実施形態によれ
ば、可変容量型静電発電の発電機構をマイクロメートル
の領域まで微小化することにより単位体積当たりの静電
容量を大幅に増加させ、かつ微小な力で静電容量を変化
させ得る構造を採用した。これにより、単位体積中に存
在する電極面積を大幅に広げることが可能となる。ま
た、静電容量は表面積に比例することから、発生エネル
ギー密度を飛躍的に高めることができる。更に、薄型化
することによっても静電容量が増加するため、発生でき
るエネルギー量が大幅に増加する。量的変化が大きいた
め従来の発電機の利用面で質的変化をもたらす可能性が
生まれる。
As described above, according to the above embodiment, the capacitance per unit volume is greatly increased by miniaturizing the power generation mechanism of the variable capacitance type electrostatic power generation to the micrometer range, and A structure capable of changing the capacitance with a small force is adopted. As a result, the area of the electrode existing in a unit volume can be greatly increased. Further, since the capacitance is proportional to the surface area, the generated energy density can be dramatically increased. Furthermore, since the capacitance is increased even when the thickness is reduced, the amount of energy that can be generated is greatly increased. The large quantitative changes have the potential to result in qualitative changes in the use of conventional generators.

【0122】これに対し磁界型の発電機の場合、磁力は
体積に比例するため小型化してもエネルギー密度は上が
らず、かえって磁束の漏れなどにより効率が低下するた
めエネルギー密度は低下する。このため単に微小化する
だけであるが、本実施形態の可変容量型静電発電方式に
よれば、磁界型と同等またはそれ以上のエネルギー密度
を得ることが可能となる。
On the other hand, in the case of a magnetic field type generator, the magnetic force is proportional to the volume, so that even if the generator is miniaturized, the energy density does not increase. On the contrary, the efficiency decreases due to the leakage of magnetic flux and the energy density decreases. For this reason, the size is simply reduced, but according to the variable capacitance type electrostatic power generation system of the present embodiment, it is possible to obtain an energy density equal to or higher than that of the magnetic field type.

【0123】また、静電発電は何らかの力によりコンデ
ンサを形成する要素同士の位置関係を変え、静電容量を
変化させることで発電を行っている。上記各実施形態に
よれば、コンデンサを構成する電極間の間隔、あるいは
電極と誘電体との間隔の少なくとも何れかを100μm
として発電機構を微小化したことにより、従来利用され
ていなかった小さな力でも発電が可能となる。すなわ
ち、自然界にあるエントロピーが大きく質の悪いエネル
ギー、例えば地面の振動、流体関連振動、体動、熱撹乱
を用いても発電できるようになる。
In the electrostatic power generation, power is generated by changing the positional relationship between elements forming a capacitor by some force and changing the capacitance. According to the above embodiments, at least one of the interval between the electrodes constituting the capacitor or the interval between the electrode and the dielectric is set to 100 μm.
By miniaturizing the power generation mechanism, power can be generated with a small force that has not been used conventionally. That is, it is possible to generate power even by using energy having a large entropy in nature and poor quality, such as ground vibration, fluid-related vibration, body motion, and thermal disturbance.

【0124】すなわち、微小な外力(運動エネルギー)
で静電容量の変化を生じる可変容量コンデンサを、積層
化や並列接続を行なって形成するので、大きな変位に対
応可能であるとともに、力の方向、振幅、位相がランダ
ムな質の悪いエネルギーを用いて発電することを可能と
した。なお、このようなランダムな運動エネルギーは、
運動の方向はランダムであっても、往復運動となってい
る。このため、上記実施形態のうち直線運動で駆動でき
るものは、上記運動エネルギーをそのまま機械的一次エ
ネルギーとして利用できる。また、回転運動を必要とす
るものは、上記運動エネルギーを一旦回転運動に変換す
る必要がある。
That is, a small external force (kinetic energy)
A variable capacitance capacitor that produces a change in capacitance is formed by laminating or connecting in parallel, so it can handle large displacements and uses poor-quality energy with random force direction, amplitude, and phase. To generate electricity. In addition, such random kinetic energy is
Although the direction of the movement is random, the movement is a reciprocating movement. For this reason, among the above embodiments, those that can be driven by linear motion can use the kinetic energy as mechanical primary energy as it is. Those requiring a rotational motion need to temporarily convert the kinetic energy into a rotational motion.

【0125】また、利用できるエネルギーが通常の環境
下で存在することから、使用できる環境の制約は少な
い。したがって一次エネルギーを得るための補給などが
不要となり、きわめて長期間にわたり自律系としてシス
テムを動かすことができる。これにより生体現象の長期
モニタリングや、心臓ペースメーカなどの電源として有
用なものになる。また利用する力が小さくて良いことか
ら、発電時に伴う騒音を発生することがなくなる。
Further, since usable energy exists under a normal environment, there are few restrictions on the usable environment. Therefore, replenishment for obtaining primary energy is not required, and the system can be operated as an autonomous system for a very long time. This makes it useful as a long-term monitoring of biological phenomena and as a power source for cardiac pacemakers and the like. In addition, since the power to be used may be small, noise generated during power generation does not occur.

【0126】さらに、発電素子の基本単位は超小型化さ
れていなければならないが、この基本単位を集積するこ
とで、微小な出力から日常使用するような大きさの出力
まで、任意に対応することができる。また基本単位が小
さいことから集積後の形状もかなりの自由度を持って設
計することができる。これにより機器の死腔を利用した
り、ケース部材の一部に刷るなど携帯型機器全体の小型
軽量化に寄与することができる。
Further, the basic unit of the power generating element must be miniaturized. By integrating this basic unit, it is possible to arbitrarily cope with a small output to an output having a size that can be used everyday. Can be. Further, since the basic unit is small, the shape after integration can be designed with considerable flexibility. This can contribute to the reduction in size and weight of the entire portable device, such as utilizing the dead space of the device or printing on a part of the case member.

【0127】なお、本発明の静電型発電装置において
は、図3の四辺形abcdの面積が大きくなるほど、得
られるエネルギーが大きい。このことは、a点における
容量の極大値を大きくし、かつ、一次側電圧V1を小さ
くする方が有利なことを意味する。電極面積を一定とし
て考えると、容量を増加させるには電極間距離を短縮す
ることになるが、それに比例してV1も小さくすること
ができるため、耐電圧の問題はない(但し、容量減少の
サイクルでは電極間の電圧は増大するので、耐電圧を持
たせるには、第1乃至第4の実施形態のように、電極間
距離を増加することによって静電容量を減少させる方式
の方が有利である)。
In the electrostatic power generating device of the present invention, the larger the area of the quadrilateral abcd in FIG. 3, the larger the energy that can be obtained. This means that it is more advantageous to increase the maximum value of the capacitance at the point a and reduce the primary voltage V1. Assuming that the electrode area is fixed, increasing the capacitance requires reducing the distance between the electrodes. However, since V1 can be reduced in proportion to this, there is no problem with the withstand voltage (however, there is no problem with decreasing the capacitance). Since the voltage between the electrodes increases in the cycle, the method of reducing the capacitance by increasing the distance between the electrodes, as in the first to fourth embodiments, is more advantageous for providing withstand voltage. Is).

【0128】ここで、電極間距離を小さくして一次側電
圧V1が数10mVでもよいレベルとなると、電荷供給
源としては特別な電源を必要とせず、電極対そのものが
電荷供給手段となり得る。これを実現するには、電極対
の一方を導体、他方をその導体と異種の金属、あるいは
高分子等の異種材料とする必要がある。導体に異種の金
属あるいは異種の物質が接触すると、それら材料間の仕
事関数の差によって接触電位が生ずることが知られてい
る。そのレベルは、高々数10mV程度と推察される
が、電圧が小さくとも電荷が得られればよいので、本発
明の目的には合致する。このように、接触電位を電荷供
給源とすることで、システムの電荷供給部が簡素化さ
れ、よりコンパクトな静電発電機構が実現できる。
Here, when the distance between the electrodes is reduced and the primary side voltage V1 becomes a level which may be several tens of mV, a special power supply is not required as a charge supply source, and the electrode pair itself can be the charge supply means. To realize this, one of the electrode pairs needs to be a conductor, and the other has to be made of a metal different from the conductor or a different material such as a polymer. It is known that when different metals or different materials come into contact with a conductor, a contact potential is generated due to a difference in work function between the materials. The level is estimated to be about several tens of mV at the maximum, but it is sufficient to obtain an electric charge even if the voltage is small, so that the purpose of the present invention is met. Thus, by using the contact potential as the charge supply source, the charge supply unit of the system is simplified, and a more compact electrostatic power generation mechanism can be realized.

【0129】また、以上説明してきた各実施形態による
可変容量型コンデンサの形状や大きさは、目的や使用材
料によって種々の変形が考えられ、特に上記実施形態の
いずれかに限定されるものではない。
The shape and size of the variable capacitor according to each of the embodiments described above can be variously modified depending on the purpose and the material used, and are not particularly limited to any of the above embodiments. .

【0130】[0130]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
可変容量コンデンサを微小化することにより単位体積当
たりの静電容量を大幅に増加させ、かつ微小な外力によ
って静電容量を可変としたので、各種用途に適合する携
帯型の静電型発電装置を得ることができる。
As described above, according to the present invention,
Since the capacitance per unit volume has been greatly increased by miniaturizing the variable capacitance capacitor, and the capacitance has been made variable by a small external force, a portable electrostatic power generator suitable for various uses has been developed. Obtainable.

【0131】[0131]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本実施形態による静電型発電装置の基本構成を
示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of an electrostatic power generation device according to an embodiment.

【図2】本実施形態による静電型発電装置の基本動作原
理を説明する図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating the basic operation principle of the electrostatic power generation device according to the present embodiment.

【図3】本実施形態による静電型発電装置の基本動作原
理を説明する図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating the basic operation principle of the electrostatic power generation device according to the present embodiment.

【図4】極板間距離を変更することにより静電容量を可
変とする例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example in which the capacitance is made variable by changing the distance between the electrode plates.

【図5】極板面積を変更することにより静電容量を可変
とする例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example in which the capacitance is made variable by changing the electrode plate area.

【図6】極板間の誘電率を変更することにより静電容量
を可変とする例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an example in which the capacitance is made variable by changing the dielectric constant between the electrode plates.

【図7】第1の実施形態による可変容量コンデンサの構
成を説明する図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a variable capacitor according to the first embodiment.

【図8A】第2の実施形態による可変容量コンデンサの
構成を説明する図である。
FIG. 8A is a diagram illustrating a configuration of a variable capacitor according to a second embodiment.

【図8B】第2の実施形態による可変容量コンデンサの
構成を説明する図である。
FIG. 8B is a diagram illustrating a configuration of a variable capacitor according to the second embodiment.

【図9A】第3の実施形態による可変容量コンデンサの
構成を説明する図である。
FIG. 9A is a diagram illustrating a configuration of a variable capacitor according to a third embodiment.

【図9B】第3の実施形態による可変容量コンデンサの
構成を説明する図である。
FIG. 9B is a diagram illustrating the configuration of a variable capacitor according to the third embodiment.

【図10】第4の実施形態による可変容量コンデンサの
構成を説明する図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a variable capacitor according to a fourth embodiment.

【図11A】第5の実施形態による可変容量コンデンサ
の構成を説明する図である。
FIG. 11A is a diagram illustrating a configuration of a variable capacitor according to a fifth embodiment.

【図11B】第5の実施形態による可変容量コンデンサ
の構成を説明する図である。
FIG. 11B is a diagram illustrating the configuration of a variable capacitor according to a fifth embodiment.

【図11C】第5の実施形態による可変容量コンデンサ
のディメンジョンを説明する図である。
FIG. 11C is a diagram illustrating the dimensions of the variable capacitor according to the fifth embodiment.

【図12】第6の実施形態による可変容量コンデンサの
構成を説明する図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of a variable capacitor according to a sixth embodiment.

【図13】第7の実施形態による可変容量コンデンサの
構成を説明する図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of a variable capacitor according to a seventh embodiment.

【図14】第8の実施形態による可変容量コンデンサの
構成を説明する図である。
FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of a variable capacitor according to an eighth embodiment.

【図15】第9の実施形態による可変容量コンデンサの
構成を説明する図である。
FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration of a variable capacitor according to a ninth embodiment.

【図16】可変容量型コンデンサへの電荷供給を出力側
から得る方式の具体例を説明する図である。
FIG. 16 is a diagram illustrating a specific example of a method of obtaining charge supply to a variable capacitor from an output side.

【図17】第10の実施形態によるDC−DCコンバー
タ62aの一例を示す図である。
FIG. 17 is a diagram illustrating an example of a DC-DC converter 62a according to a tenth embodiment.

【図18】制御回路75の詳細な回路構成例を示す図で
ある。
FIG. 18 is a diagram illustrating a detailed circuit configuration example of a control circuit 75.

【図19】可変容量コンデンサを並列接続する形態にお
いて、(a)はコンデンサ容量値の変化における極大、
極小の位相が一致する形態を説明する図であり、(b)
はコンデンサ容量値の変化における極大、極小の位相が
異なる形態を説明する図である。
FIGS. 19A and 19B show a configuration in which variable capacitors are connected in parallel. FIG.
It is a figure explaining the form where the minimum phase matches, (b)
FIG. 7 is a diagram illustrating a form in which the maximum and minimum phases in a change in the capacitance value of the capacitor are different.

フロントページの続き (72)発明者 壁井 信之 埼玉県熊谷市末広2−29−203 (72)発明者 石塚 宜三 神奈川県足柄上郡中井町井ノ口1500番地 テルモ株式会社内 (72)発明者 坪井 文則 神奈川県足柄上郡中井町井ノ口1500番地 テルモ株式会社内 (72)発明者 片山 國正 神奈川県足柄上郡中井町井ノ口1500番地 テルモ株式会社内Continued on the front page (72) Inventor Nobuyuki Kabui 2-29-203, Suehiro, Kumagaya-shi, Saitama Prefecture (72) Inventor Yoshizo Ishizuka 1500 Inoguchi, Nakai-machi, Ashigara-gun, Kanagawa Prefecture Within Terumo Corporation (72) Inventor Fuminori Tsuboi Kanagawa Inside Terumo Co., Ltd., 1500, Inokuchi, Nakai-machi, Ashigara-gun, Pref. (72) Inventor Kunimasa Katayama 1500, Inokuchi, Nakai-cho, Ashigaegami-gun, Kanagawa Prefecture, Terumo Corporation

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 静電容量の決定に寄与する要素間の間隙
が100μm以下であり、外力によって静電容量が変化
する可変容量コンデンサと、 前記外力によって、前記可変容量コンデンサの静電容量
が増加するときに、第1の電圧によって該可変容量コン
デンサに電荷を供給する供給手段と、 前記外力によって、前記可変容量コンデンサの静電容量
が減少するときに、該可変容量コンデンサに蓄積された
電荷の一部を前記第1の電圧よりも高い第2の電圧で蓄
積する蓄積手段とを備えることを特徴とする静電型発電
装置。
1. A variable capacitor in which a gap between elements contributing to determination of a capacitance is 100 μm or less, and a capacitance is changed by an external force; and the capacitance of the variable capacitor is increased by the external force. A supply means for supplying a charge to the variable capacitor with a first voltage; and a charge storage device for the variable capacitor when the capacitance of the variable capacitor decreases due to the external force. And an accumulating means for accumulating a part at a second voltage higher than the first voltage.
【請求項2】 前記可変容量コンデンサは、外力により
電極間距離、電極対向面積、電極間の誘電率のうち少な
くとも1つが変化することを特徴とする請求項1に記載
の静電型発電装置。
2. The electrostatic power generator according to claim 1, wherein the variable capacitor changes at least one of an inter-electrode distance, an electrode facing area, and a dielectric constant between the electrodes by an external force.
【請求項3】 前記供給手段からの電荷供給が、前記蓄
積手段に蓄積されたエネルギーの一部を使用してなされ
ることを特徴とする請求項1記載の静電型発電装置。
3. The electrostatic power generator according to claim 1, wherein the supply of the electric charge from the supply unit is performed using a part of the energy stored in the storage unit.
【請求項4】 前記供給手段は、前記可変容量コンデン
サの静電容量が極大値に達したときに、前記第1の電圧
によって該可変容量コンデンサに電荷を供給することを
特徴とする請求項1に記載の静電型発電装置。
4. The variable capacitance capacitor according to claim 1, wherein the supply means supplies the variable capacitance capacitor with the first voltage when the capacitance of the variable capacitance capacitor reaches a maximum value. 3. The electrostatic power generating device according to claim 1.
【請求項5】 前記可変容量コンデンサは、電極板間が
弾性体によって支持されたものであり、前記外力によっ
て、その電極間距離が変化することを特徴とする請求項
1記載の静電型発電機。
5. The electrostatic power generation device according to claim 1, wherein the variable capacitor has an electrode plate supported by an elastic body, and the external force changes a distance between the electrodes. Machine.
【請求項6】 前記可変容量コンデンサは、弾性体薄膜
に電極面が形成されてなる電極シートが積層された構造
を有し、該電極シートの各々の断面は波形状を有し、隣
接する電極シートが互いに絶縁された状態で、該波形状
の頂点部分で互いに接合されることを特徴とする請求項
1記載の静電型発電装置。
6. The variable capacitor has a structure in which electrode sheets each having an electrode surface formed on an elastic thin film are laminated, each of the electrode sheets has a corrugated cross section, and the adjacent electrode has 2. The electrostatic power generating device according to claim 1, wherein the sheets are joined to each other at a vertex portion of the wave shape while being insulated from each other.
【請求項7】 前記可変容量コンデンサは、偏平な断面
形状を有する弾性体をコイルバネ状に形成し、該弾性体
の両面に互いに絶縁された電極面を形成してなることを
特徴とする請求項1記載の静電型発電装置。
7. The variable capacitor according to claim 1, wherein an elastic body having a flat sectional shape is formed in a coil spring shape, and electrode surfaces insulated from each other are formed on both surfaces of the elastic body. 2. The electrostatic power generation device according to 1.
【請求項8】 前記可変容量コンデンサは、弾性薄膜の
両面に互いに絶縁された電極面が形成された電極シート
を渦巻き形状に形成したものであることを特徴とする請
求項1記載の静電型発電機。
8. The electrostatic capacitor according to claim 1, wherein the variable capacitor is formed by spirally forming an electrode sheet having electrode surfaces insulated from each other on both surfaces of an elastic thin film. Generator.
【請求項9】 前記可変容量コンデンサは、櫛状の断面
形状を有する2つの電極を有し、該2つの電極はそれら
の櫛の歯部分が交互に入り込んで配置され、該2つの電
極の少なくとも一方が弾性体によって支持されてなるこ
とを特徴とする請求項1記載の静電型発電装置。
9. The variable capacitor has two electrodes having a comb-like cross-sectional shape, and the two electrodes are arranged such that the teeth of the combs are alternately inserted, and at least one of the two electrodes is provided. 2. The electrostatic power generator according to claim 1, wherein one of the power generators is supported by an elastic body.
【請求項10】 前記可変容量コンデンサは、花弁状も
しくはストライプ状の電極が放射状に形成されている2
つの平板が中心軸を共有して対向した構造を有し、一方
の平板が他方の平板に対して、少なくとも前記電極の幅
の1/2以上のずれを生じせしめる回転が可能であるこ
とを特徴とする請求項1記載の静電型発電装置。
10. The variable capacitor according to claim 2, wherein the petal-shaped or stripe-shaped electrodes are formed radially.
The two flat plates have a structure in which they share a central axis and face each other, and one flat plate can rotate with respect to the other flat plate so as to cause a shift of at least の or more of the width of the electrode. The electrostatic power generator according to claim 1, wherein
【請求項11】 前記可変容量コンデンサは、所定間隔
にて複数の電極が形成された対向する2枚の平板間に、
前記所定の間隔で誘電体材料が配置された可動子が前記
平板と平行に移動可能に挿入された構造を有し、該可動
子の誘電体材料間に非誘電体材料または低い誘電率の誘
電体材料が配置されていることを特徴とする請求項1記
載の静電型発電装置。
11. The variable capacitor is provided between two opposing flat plates on which a plurality of electrodes are formed at predetermined intervals.
A movable element having a dielectric material disposed at the predetermined interval has a structure in which the movable element is movably inserted in parallel with the flat plate, and a non-dielectric material or a dielectric material having a low dielectric constant is interposed between the dielectric materials of the movable element. The electrostatic power generator according to claim 1, wherein a body material is disposed.
【請求項12】 前記可変容量コンデンサは、花弁状も
しくはストライプ状の電極が放射状に形成されている2
つの電極平板が中心軸を共有して対向して配置されると
ともに、中心から花弁状もしくはストライプ状に誘電体
が形成された誘電体平板が該2つの電極平板の間に該中
心軸を共有して配置された構造を有し、該誘電体平板が
該中心軸を中心として回転可能であることを特徴とする
請求項1記載の静電型発電装置。
12. The variable capacitor according to claim 2, wherein the petal-shaped or stripe-shaped electrodes are formed radially.
The two electrode plates share a central axis and are arranged facing each other, and a dielectric plate in which a dielectric is formed in a petal or stripe shape from the center shares the central axis between the two electrode plates. 2. The electrostatic power generator according to claim 1, wherein the dielectric flat plate is rotatable about the central axis.
【請求項13】 前記可変容量コンデンサは、電極の表
面にマイクロポーラス構造を有することを特徴とする請
求項1記載の静電型発電装置。
13. The electrostatic power generator according to claim 1, wherein the variable capacitor has a microporous structure on a surface of an electrode.
【請求項14】 前記可変容量型コンデンサは、電極同
士が絶縁膜を介して接触することで接触帯電が起こる材
料を用いることを特徴とする請求項1に記載の静電型発
電装置。
14. The electrostatic power generating device according to claim 1, wherein the variable capacitance type capacitor uses a material that causes contact charging when the electrodes are in contact with each other via an insulating film.
【請求項15】 外力によって静電容量が変化する複数
の可変容量コンデンサと、 前記外力によって可変容量コンデンサの静電容量が増加
するときに、第1の電圧によって該可変容量コンデンサ
に電荷を供給する供給手段と、 前記外力によって可変容量コンデンサの静電容量が減少
するときに、該可変容量コンデンサに蓄積された電荷の
一部を前記第1の電圧よりも高い第2の電圧で蓄積する
蓄積手段とを備え、 前記複数の可変容量コンデンサは、第1の整流手段を介
して前記供給手段に並列に接続されるとともに、第2の
整流手段を介して前記蓄積手段に並列に接続されること
を特徴とする静電型発電装置。
15. A plurality of variable capacitors whose capacitances are changed by an external force, and when the capacitance of the variable capacitors is increased by the external force, a charge is supplied to the variable capacitors by a first voltage. Supply means; and storage means for storing a part of the charge stored in the variable capacitor at a second voltage higher than the first voltage when the capacitance of the variable capacitor decreases due to the external force. Wherein the plurality of variable capacitance capacitors are connected in parallel to the supply means via first rectification means, and are connected in parallel to the storage means via second rectification means. Characteristic electrostatic power generator.
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Cited By (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000032446A1 (en) * 1998-11-30 2000-06-08 Daicel Chemical Industries, Ltd. Air bag gas generator and air bag device
EP1195882A2 (en) * 2000-10-04 2002-04-10 Ngk Insulators, Ltd. DC to DC converter
GB2390941A (en) * 2002-03-09 2004-01-21 Harold Aspden Electricity generating apparatus
JP2007159390A (en) * 2005-11-30 2007-06-21 Eta Sa Manufacture Horlogere Suisse Low power regulated control system for electrostatic actuator
JP2007159358A (en) * 2005-12-08 2007-06-21 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Variable capacity capacitor, high voltage generating method and high voltage generator
JP2007221991A (en) * 2006-02-13 2007-08-30 Commiss Energ Atom Energy conversion system having variable air gap distance, and energy regeneration system
JP2008043187A (en) * 2006-07-14 2008-02-21 Sanyo Electric Co Ltd Static induction generator
JP2008170425A (en) * 2006-12-11 2008-07-24 Univ Nagoya Pressure-sensitive sheet
JP2009302632A (en) * 2008-06-10 2009-12-24 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Sensor node chip, sensor node system, and receiver
JP2010123033A (en) * 2008-11-21 2010-06-03 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Sensor node device and sensor node system
JP2010123032A (en) * 2008-11-21 2010-06-03 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Sensor node chip and sensor node system
KR20100068369A (en) * 2007-07-17 2010-06-23 마미러스 엘엘씨 A capacitive electric current generator
JP2011062024A (en) * 2009-09-11 2011-03-24 Aoi Electronics Co Ltd Booster circuit
JP2011135766A (en) * 2009-11-27 2011-07-07 Tohoku Gakuin Booster
WO2011118090A1 (en) * 2010-03-26 2011-09-29 大日本印刷株式会社 Dynamic quantity sensor and manufacturing method therefor
JP2012110193A (en) * 2010-11-19 2012-06-07 Toyota Central R&D Labs Inc Apparatus and method for power generation
ITRM20100688A1 (en) * 2010-12-23 2012-06-24 Giovanni Facchiano DEVICE FOR TRANSFORMING A PRESSURE AND / OR A VIBRATION IN ELECTRICITY.
JP2013507894A (en) * 2009-10-08 2013-03-04 ヴィーティーアイ テクノロジーズ オーワイ Method and apparatus for energy harvesting
JP2013059149A (en) * 2011-09-07 2013-03-28 Seiko Instruments Inc Power generator, portable electric apparatus, and portable clock
JP2013541312A (en) * 2010-09-07 2013-11-07 ムラタ エレクトロニクス オーワイ Current collector structure and method
JP2014064403A (en) * 2012-09-21 2014-04-10 Asahi Kasei Electronics Co Ltd Capacitative element and charge pump circuit
JP2016510206A (en) * 2013-03-12 2016-04-04 ベイジン インスティチュート オブ ナノエナジー アンド ナノシステムズ Slide friction nano-generator and power generation method
JP2016525858A (en) * 2013-06-25 2016-08-25 ベイジン インスティテュート オブ ナノエネルギー アンド ナノシステムズBeijing Institute Of Nanoenergy And Nanosystems Slide friction generator, power generation method, and vector displacement sensor
JP2016526870A (en) * 2013-07-11 2016-09-05 ベイジン インスティテュート オブ ナノエナジー アンド ナノシステムズ Slide friction generator, power generation method, and vector displacement sensor
KR20180062652A (en) * 2016-12-01 2018-06-11 성균관대학교산학협력단 Energy generator using stored charge
US11961684B1 (en) * 2023-08-02 2024-04-16 King Faisal University Energy storage in a minimized variable capacitance system using capacitor with distance-movable plates

Cited By (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000032446A1 (en) * 1998-11-30 2000-06-08 Daicel Chemical Industries, Ltd. Air bag gas generator and air bag device
EP1195882A2 (en) * 2000-10-04 2002-04-10 Ngk Insulators, Ltd. DC to DC converter
EP1195882A3 (en) * 2000-10-04 2003-03-05 Ngk Insulators, Ltd. DC to DC converter
GB2390941A (en) * 2002-03-09 2004-01-21 Harold Aspden Electricity generating apparatus
GB2390941B (en) * 2002-03-09 2005-07-13 Harold Aspden Electrical power generating apparatus
JP2007159390A (en) * 2005-11-30 2007-06-21 Eta Sa Manufacture Horlogere Suisse Low power regulated control system for electrostatic actuator
JP2007159358A (en) * 2005-12-08 2007-06-21 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Variable capacity capacitor, high voltage generating method and high voltage generator
JP2007221991A (en) * 2006-02-13 2007-08-30 Commiss Energ Atom Energy conversion system having variable air gap distance, and energy regeneration system
JP2008043187A (en) * 2006-07-14 2008-02-21 Sanyo Electric Co Ltd Static induction generator
JP2008170425A (en) * 2006-12-11 2008-07-24 Univ Nagoya Pressure-sensitive sheet
KR20100068369A (en) * 2007-07-17 2010-06-23 마미러스 엘엘씨 A capacitive electric current generator
JP2010534052A (en) * 2007-07-17 2010-10-28 マーミルス エルエルシー Capacitive current generator
JP2009302632A (en) * 2008-06-10 2009-12-24 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Sensor node chip, sensor node system, and receiver
JP2010123033A (en) * 2008-11-21 2010-06-03 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Sensor node device and sensor node system
JP2010123032A (en) * 2008-11-21 2010-06-03 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Sensor node chip and sensor node system
JP2011062024A (en) * 2009-09-11 2011-03-24 Aoi Electronics Co Ltd Booster circuit
JP2013507894A (en) * 2009-10-08 2013-03-04 ヴィーティーアイ テクノロジーズ オーワイ Method and apparatus for energy harvesting
JP2011135766A (en) * 2009-11-27 2011-07-07 Tohoku Gakuin Booster
WO2011118090A1 (en) * 2010-03-26 2011-09-29 大日本印刷株式会社 Dynamic quantity sensor and manufacturing method therefor
US8471573B2 (en) 2010-03-26 2013-06-25 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Dynamic quantity sensor and manufacturing method thereof
US9647577B2 (en) 2010-09-07 2017-05-09 Murata Electronics Oy Power collector structure and method
JP2013541312A (en) * 2010-09-07 2013-11-07 ムラタ エレクトロニクス オーワイ Current collector structure and method
JP2012110193A (en) * 2010-11-19 2012-06-07 Toyota Central R&D Labs Inc Apparatus and method for power generation
ITRM20100688A1 (en) * 2010-12-23 2012-06-24 Giovanni Facchiano DEVICE FOR TRANSFORMING A PRESSURE AND / OR A VIBRATION IN ELECTRICITY.
JP2013059149A (en) * 2011-09-07 2013-03-28 Seiko Instruments Inc Power generator, portable electric apparatus, and portable clock
JP2014064403A (en) * 2012-09-21 2014-04-10 Asahi Kasei Electronics Co Ltd Capacitative element and charge pump circuit
JP2016510206A (en) * 2013-03-12 2016-04-04 ベイジン インスティチュート オブ ナノエナジー アンド ナノシステムズ Slide friction nano-generator and power generation method
JP2016525858A (en) * 2013-06-25 2016-08-25 ベイジン インスティテュート オブ ナノエネルギー アンド ナノシステムズBeijing Institute Of Nanoenergy And Nanosystems Slide friction generator, power generation method, and vector displacement sensor
JP2016526870A (en) * 2013-07-11 2016-09-05 ベイジン インスティテュート オブ ナノエナジー アンド ナノシステムズ Slide friction generator, power generation method, and vector displacement sensor
KR20180062652A (en) * 2016-12-01 2018-06-11 성균관대학교산학협력단 Energy generator using stored charge
KR101881666B1 (en) * 2016-12-01 2018-07-24 성균관대학교산학협력단 Energy generator using stored charge
US11961684B1 (en) * 2023-08-02 2024-04-16 King Faisal University Energy storage in a minimized variable capacitance system using capacitor with distance-movable plates

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