JP2009273201A - Electric power generating apparatus using electroactive polymer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、誘電エラストマーからなる電場応答性高分子(Electroactive Polymer)に関するものであって、さらに詳しくは、電場応答性高分子を用いた発電装置に関するものである。 The present invention relates to an electric field responsive polymer (electroactive polymer) made of a dielectric elastomer, and more particularly to a power generation apparatus using an electric field responsive polymer.
過去十数年間、誘電エラストマーからなる電場応答性高分子の研究は、アクチュエータとして用いることに焦点を当てたものがほとんどであった。この電場応答性高分子は、強い電場の中に置くと、クーロン力により、電場の方向に収縮し、電場と垂直な方向に膨張するという特性を有している。したがって、電場応答性高分子の両表面に電極となるカーボン粉末やアルミニウム粉末を定着させることによって、ゴムのような弾性を持つ一種の可変容量コンデンサーが構成される。これに電圧をかけると、一方の電極にはプラスの電荷が、他方の電極にはマイナスの電荷が蓄えられる。その結果、電極間に引力が生じ、この力によって電場応答性高分子が押しつぶされ、面方向に膨張する。この変化をロボットなどのアクチュエータとして用いることが注目を集めている(例えば、特許文献1、2参照)。
Over the past decade, most researches on electric field responsive polymers made of dielectric elastomers have focused on use as actuators. When the electric field responsive polymer is placed in a strong electric field, the electric field responsive polymer contracts in the direction of the electric field and expands in a direction perpendicular to the electric field by Coulomb force. Therefore, a kind of variable capacitor having elasticity like rubber is formed by fixing carbon powder or aluminum powder serving as electrodes on both surfaces of the electric field responsive polymer. When a voltage is applied to this, a positive charge is stored in one electrode and a negative charge is stored in the other electrode. As a result, an attractive force is generated between the electrodes, and the electric field responsive polymer is crushed by this force and expands in the surface direction. The use of this change as an actuator for a robot or the like has attracted attention (see, for example,
さらに、近年、地球温暖化が深刻な社会問題となっており、CO2排出の問題がなく、発電機などの既存の発電手法では実現が難しい低周波数体(例えば、波力発電に要求される0.3Hz)や非定周波振動(周期が定まっていない振動)の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置の開発が求められている。
ところが、電場応答性高分子が発電においても顕著な性能を有することは、ほとんど知られておらず、発電への応用についての提案はあるものの、実用可能な発電装置については、実現されていなかった。その原因の1つとして、電場応答性高分子を発電素子として使うためには、発電初期に、すなわち電場応答性高分子を伸張させた状態でタイミング良く初期電気エネルギーを印加する必要があり、そのために別途、この電場応答性高分子自身が発電した電力を蓄えて初期電気エネルギーとして利用するための二次電池やコンデンサーなどの初期電気エネルギー供給手段を設ける必要があることが挙げられる。さらに、この初期電気エネルギーの供給と電場応答性高分子からの出力電気エネルギーの取り出しを、電場応答性高分子の変形状態に応じてタイミング良く切り替える必要があることも、電場応答性高分子を発電素子として使用する際の障害になっていた。 However, it is hardly known that electric field responsive polymers have remarkable performance in power generation, and although there are proposals for application to power generation, practical power generators have not been realized. . As one of the causes, in order to use the electric field responsive polymer as a power generation element, it is necessary to apply initial electric energy at an early stage of power generation, that is, in a state where the electric field responsive polymer is stretched, with good timing. In addition, it is necessary to provide an initial electric energy supply means such as a secondary battery or a capacitor for storing electric power generated by the electric field responsive polymer itself and using it as initial electric energy. Furthermore, it is necessary to switch the supply of the initial electric energy and the extraction of the output electric energy from the electric field responsive polymer with good timing according to the deformation state of the electric field responsive polymer. It was an obstacle when used as an element.
そこで、本発明が解決しようとする技術的課題、すなわち、本発明の目的は、別途、二次電池やコンデンサなどの初期電圧供給手段を設けることなく電場応答性高分子を用いた発電装置を実現し、しかも、初期電気エネルギーの供給と出力電気エネルギーの取り出しのタイミングの最適化を簡単な機構で達成し、様々な条件下及び分野で利用可能な発電装置を提供することである。 Therefore, the technical problem to be solved by the present invention, that is, the object of the present invention is to realize a power generator using an electric field responsive polymer without providing a separate initial voltage supply means such as a secondary battery or a capacitor. In addition, it is an object of the present invention to provide a power generator that can be used in various conditions and in various fields by optimizing the timing of supply of initial electric energy and extraction of output electric energy with a simple mechanism.
まず、本請求項1に係る発明は、ピストン軸の軸方向の運動を電場応答性高分子を変形させる力に変換すると共に、前記電場応答性高分子の変形状態に応じて電場応答性高分子への初期電気エネルギーの供給と電場応答性高分子からの出力電気エネルギーの出力との切換を行う発電ユニット部と、前記電場応答性高分子へ供給する初期電気エネルギーを昇圧すると共に前記電場応答性高分子から出力された出力電気エネルギーを降圧する電圧変換部と、前記電力変換部によって降圧された出力電気エネルギーの蓄電及び外部負荷への放電をする蓄電部とを具備した電場応答性高分子を用いた発電装置であって、前記初期電気エネルギーを発生する圧電素子が、前記発電ユニット部に配置されていることにより、前記課題を解決したものである。
First, the invention according to
なお、本発明における圧電素子の主材料は、押圧によって十分な起電力を発生するものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸バリウム(BaTiO3)を用いることができる。 The main material of the piezoelectric element in the present invention is not particularly limited as long as it generates a sufficient electromotive force by pressing. For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), lead zirconate titanate ( PZT) and barium titanate (BaTiO 3 ) can be used.
そして、本請求項2に係る発明は、請求項1に係る電場応答性高分子を用いた発電装置において、前記圧電素子が、ポリフッ化ビニリデンであることにより、前記課題をさらに解決したものである。
The invention according to claim 2 further solves the problem in the power generation device using the electric field responsive polymer according to
また、本請求項3に係る発明は、請求項1又は請求項2に係る電場応答性高分子を用いた発電装置において、前記電場応答性高分子が、マイナス電極を外側に配置されるように2枚一体に積層されていることにより、前記課題をさらに解決したものである。
The invention according to
なお、本発明における電場応答性高分子とは、米国のカリフォルニア州に本拠を構えるSRIインターナショナルで開発された新素材であって、アクリル系樹脂やシリコーン系樹脂などからなる弾性を有する薄い高分子(誘電体エラストマー)を伸び縮み可能な柔軟な電極で挟んだ構造をしており、EPAM(イーパム:Electroactive Polymer Artificial Muscle)という商品名で市販されているものである。 The electric field responsive polymer in the present invention is a new material developed by SRI International based in California, USA, and is an elastic thin polymer (such as acrylic resin or silicone resin) ( It has a structure in which a dielectric elastomer) is sandwiched between flexible electrodes that can be expanded and contracted, and is commercially available under the trade name EPAM (Electroactive Polymer Artificial Muscle).
ここで、この電場応答性高分子が、発電する原理の概要について、図1及び図2に基づき説明する。 Here, an outline of the principle of power generation by the electric field responsive polymer will be described with reference to FIGS.
電場応答性高分子1は、2つの柔軟な電極1b、1cに挟まれた、アクリル系樹脂やシリコーン系樹脂などの高分子膜1aで構成されている。従来多用されていたアクチュエーション(駆動)モードでは、図1に示すように電極間に電位差を与えると、静電力により高分子膜1aが厚さ方向に収縮し、その結果として、電場応答性高分子1が面方向に伸張する。
The electric field
一方、発電モードでは、図2に示すようにアクチュエーション(駆動)モードと逆の動き、すなわち、電場応答性高分子1に波力、風力、水力や人的作用などの外部的圧力、伸張力を与えて、電場応答性高分子1を伸張させることにより発電する。
On the other hand, in the power generation mode, as shown in FIG. 2, the movement opposite to that of the actuation (drive) mode, that is, the electric field
これらのモードでは、電場応答性高分子1は、可変容量コンデンサーのように機能していると考えられる。電場応答性高分子1が何らかの力により伸張された際に発電の元となる微量の電荷を電場応答性高分子1に与える。この電荷は、電場応答性高分子1の高分子膜1aの表面上に現れる。そして、この膜が弛緩する際、電場応答性高分子1の弾性力が電場圧力に対抗して働き、その結果、電気エネルギーが増加する。ミクロ的には、高分子膜1aの弾性力により電荷を各電極1b、1cに向けて押し出し(収縮状態で高分子膜1aの厚さが増加)、また電極1b、1c上において各電荷間の距離が短くなる(収縮状態で平面領域が減少)。
In these modes, the electric field
このような電荷の変化が電圧差を増加させ、その結果、静電エネルギー量が増加し、電気エネルギーとして外部の負荷に供給可能になり、電場応答性高分子が発電素子として機能する。 Such a change in charge increases the voltage difference. As a result, the amount of electrostatic energy is increased, and electric energy can be supplied to an external load, and the electric field responsive polymer functions as a power generation element.
本発明の電場応答性高分子を用いた発電装置によれば、ピストン軸の軸方向の運動を電場応答性高分子を変形させる力に変換すると共に、前記電場応答性高分子の変形状態に応じて電場応答性高分子への初期電気エネルギーの供給と電場応答性高分子からの出力電気エネルギーの出力との切換を行う発電ユニット部と、前記電場応答性高分子へ供給する初期電気エネルギーを昇圧すると共に前記電場応答性高分子から出力された出力電気エネルギーを降圧する電圧変換部と、前記電力変換部によって降圧された出力電気エネルギーの蓄電及び外部負荷への放電をする蓄電部とを具備していることによって、前記電場応答性高分子に加えられた運動エネルギーを効率よく電気エネルギーに変換させることができると共に、初期電気エネルギーの供給と出力電気エネルギーの取り出しのタイミングの最適化を簡単な機構で達成できるため、低周波数帯(例えば、波力発電に要求される0.3Hz)の運動や、不定期な振動やワンタイムの運動の非低周波運動などの様々な条件下及び分野での利用が可能な発電装置を実現でき、加えて、以下のような各請求項に特有の構成に対応した格別の効果を奏することができる。 According to the power generation device using the electric field responsive polymer of the present invention, the axial movement of the piston shaft is converted into a force that deforms the electric field responsive polymer, and the electric field responsive polymer according to the deformation state of the electric field responsive polymer. A power generation unit that switches between supply of initial electric energy to the electric field responsive polymer and output of electric electric energy from the electric field responsive polymer, and boosts the initial electric energy supplied to the electric field responsive polymer And a voltage conversion unit for stepping down the output electric energy output from the electric field responsive polymer, and a power storage unit for storing the output electric energy stepped down by the power conversion unit and discharging to an external load. Therefore, the kinetic energy applied to the electric field responsive polymer can be efficiently converted into electric energy, and the initial electric energy can be reduced. Optimization of the timing of supply and extraction of output electric energy can be achieved with a simple mechanism, so that motion in the low frequency band (for example, 0.3 Hz required for wave power generation), irregular vibrations and one-time It is possible to realize a power generation device that can be used in various conditions and fields such as non-low-frequency motion, and in addition, has the following special effects corresponding to the configuration specific to each claim: it can.
すなわち、本請求項1に係る電場応答性高分子を用いた発電装置によれば、初期電気エネルギーを発生する圧電素子が、発電ユニット部に配置されていることにより、この圧電素子が、電場応答性高分子の変形に対応して初期電気エネルギーを発生するので、別途、二次電池やコンデンサーなどを用いた初期電気エネルギー供給手段を設けることなく、電場応答性高分子を用いた発電装置を実現することができる。 That is, according to the power generation device using the electric field responsive polymer according to the first aspect, since the piezoelectric element that generates initial electric energy is arranged in the power generation unit portion, the piezoelectric element is Since the initial electric energy is generated in response to the deformation of the conductive polymer, a power generation device using an electric field responsive polymer is realized without providing an initial electric energy supply means using a secondary battery or a capacitor. can do.
そして、本請求項2に係る電場応答性高分子を用いた発電装置によれば、請求項1に係る電場応答性高分子を用いた発電装置において、圧電素子が、ポリフッ化ビニリデンであることにより、ポリフッ化ビニリデンが、優れた圧電特性を有すると共に電場応答性高分子の弾性に近い弾性を有しているため、初期電気エネルギーを効率よく発生させることができる。
According to the power generation device using the electric field responsive polymer according to claim 2, in the electric power generation device using the electric field responsive polymer according to
また、本請求項3に係る発明によれば、請求項1又は請求項2に係る電場応答性高分子を用いた発電装置において、電場応答性高分子が、マイナス電極が外側に配置されるように2枚一体に積層されていることにより、電場応答性高分子の両面ともマイナス電極膜となるため、感電や電場応答性高分子と発電ユニット部の筐体との間で高電界による絶縁破壊(放電)が発生することが回避され電場応答性高分子を用いた発電装置の安全性が飛躍的に向上する。
According to the invention of
しかも、2枚の電場応答性高分子が並列接続されることになるため、出力電気エネルギーを増加させることができる。 Moreover, since the two electric field responsive polymers are connected in parallel, the output electric energy can be increased.
本発明の電場応答性高分子を用いた発電装置は、ピストン軸の軸方向の運動を電場応答性高分子を変形させる力に変換すると共に、前記電場応答性高分子の変形状態に応じて電場応答性高分子への初期電気エネルギーの供給と電場応答性高分子からの出力電気エネルギーの出力との切換を行う発電ユニット部と、前記電場応答性高分子へ供給する初期電気エネルギーを昇圧すると共に前記電場応答性高分子から出力された出力電気エネルギーを降圧する電圧変換部と、前記電力変換部によって降圧された出力電気エネルギーの蓄電及び外部負荷への放電をする蓄電部とを具備し、前記初期電気エネルギーを発生する圧電素子が、前記発電ユニット部に配置されていることによって、別途、二次電池やコンデンサなどの初期電圧供給手段を設けることなく電場応答性高分子を用いた発電装置を実現し、しかも、初期電気エネルギーの供給と出力電気エネルギーの取り出しのタイミングの最適化を簡単な機構で達成し、様々な条件下及び分野で利用可能なものであれば、その具体的な実施の態様は、如何なるものであっても何ら構わない。 The power generation device using the electric field responsive polymer of the present invention converts the axial movement of the piston shaft into a force that deforms the electric field responsive polymer, and changes the electric field according to the deformation state of the electric field responsive polymer. A power generation unit for switching between supply of initial electric energy to the responsive polymer and output of electric energy from the electric field responsive polymer; and boosting the initial electric energy supplied to the electric field responsive polymer A voltage conversion unit for stepping down output electric energy output from the electric field responsive polymer; and a power storage unit for storing output electric energy stepped down by the power conversion unit and discharging to an external load, Since the piezoelectric element that generates initial electrical energy is disposed in the power generation unit, an initial voltage supply unit such as a secondary battery or a capacitor is separately provided. A power generator using an electric field responsive polymer is realized, and the timing of initial electric energy supply and output electric energy extraction is optimized with a simple mechanism and used in various conditions and fields. As long as it is possible, any specific embodiment may be used.
以下、本発明の一実施例である電場応答性高分子(以下、EPAMと称す)を用いた発電装置について図3乃至図6に基づいて説明する。 Hereinafter, a power generator using an electric field responsive polymer (hereinafter referred to as EPAM) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
ここで、図3は、本発明の実施例1であるEPAMを用いた発電装置の全体構成図であり、図4は、図3において符号10で示した発電ユニット部を拡大した断面図であり、図5は、図4に示した発電ユニット部の主要構成部材であるEPAMカートリッジを拡大して示した断面図であり、図6は、図3に示したEPAMを用いた発電装置の具体的な回路構成図の一例である。なお、図4に示した発電ユニット10は、説明の都合上、図3に示したEPAMが、伸張状態であるのに対して、図4に示したEPAMは、弛緩状態にあるものを示している。
Here, FIG. 3 is an overall configuration diagram of the power generation apparatus using the EPAM that is
まず、本発明の実施例1であるEPAMを用いた発電装置は、図3及び図4に示すようにピストン軸11の軸方向の運動をEPAM12を伸張させたり、弛緩させたりする力に変換すると共に、EPAM12の変形状態に応じて、すなわち、EPAM12を伸張させた状態で充電端子13とEPAMプラス端子16aが接触しEPAM12への初期電気エネルギーの供給が行われ、EPAM12を弛緩させた状態で放電端子14とEPAMプラス端子16aが接触し、EPAM12からの出力電気エネルギーの出力が行われるという切換機能を兼ね備えた発電ユニット部10を有している。
First, the power generator using the EPAM according to the first embodiment of the present invention converts the axial movement of the
そして、ピストン軸11に軸方向の力Fが加わることにより、EPAM12が伸張状態となり、発電ユニット部10の底板10aと銅板などからなる充電端子13との間に充電端子13とは絶縁された状態で配設された圧電素子17が押圧され、その結果、発生した初期電気エネルギーが、電圧変換部20の昇圧回路22によって昇圧され、充電端子13を介して伸張状態にあるEPAM12に供給される。
When the axial force F is applied to the
一方、ピストン軸11に加わる力Fが解消し、EPAM12が弛緩状態になるとEPAM12は、自身が有する弾性力により、面積が小さい状態となる。その結果、図4に示すように、発電ユニット部10の天板10bに固着された放電端子14とEPAMプラス端子16aが接触し、EPAM12により発生した出力電気エネルギーが、電圧変換部20の降圧回路24によって降圧され蓄電部30に蓄電され、必要に応じて外部負荷に放電される。
On the other hand, when the force F applied to the
ピストン軸11には、押し板15が垂直に接合されており、この押し板15に力Fを加えたり解消したりすることにより、ピストン軸11が、軸方向にピストン運動しEPAM12を伸張させたり、弛緩させたりする。
A
ここで、図4及び図5に基づき発電ユニット部10の構造について、さらに詳しく説明する。発電ユニット部10は、略円形形状をしたEPAM12の高分子膜12aと、それに接合した柔軟なEPAMプラス電極膜12bとEPAMマイナス電極膜12cとが一体となって周辺サポート部材16cによって支持されているEPAMカートリッジ16を有している。この時、EPAMプラス電極膜12bとEPAMマイナス電極膜12cとは、偏心して高分子膜12aに接合されている。そして、周辺サポート部材16cの中心を挟んで対向する位置、すなわち1つの直径上の位置にEPAMプラス電極膜12bと導通するEPAMプラス電極16dとEPAMマイナス電極膜12cと導通するEPAMマイナス電極16eが設けられている。
Here, based on FIG.4 and FIG.5, the structure of the electric power
そして、EPAM12は、その中央において樹脂などの絶縁材料からなる中央サポート部材16bにより挟持され、その両外側に銅などの導電材料からなるEPAMプラス端子16aにより挟持され、導電材料からなる貫通ボルト16fにより、EPAMプラス端子16aと中央サポート部材16bとEPAM12が共締めされている。さらに、EPAMプラス電極16dとEPAMプラス端子16aとは、導線16gで接続されており、さらにEPAM12を挟持するように設けられた2つのEPAMプラス端子16aは、前述したように導電材料からなる貫通ボルト16fによって導通しているため、EPAMカートリッジ16の中央両面にEPAMプラス電極膜12bと導通しているEPAMプラス端子16aが配設される。このEPAMプラス端子16aが、発電ユニット部10の充電端子13あるいは放電端子14と接触することにより、EPAM12の変形状態に応じたEPAM12への初期電気エネルギーの供給とEPAM12からの出力電気エネルギーの出力との切換が行われる。
The
実施例1を構成する昇圧回路22及び降圧回路24は、市販されている汎用の昇圧回路及び降圧回路を用いることができるが、図6にその具体的な回路構成の一例を図3に示した全体構成図と対応させて記載する。したがって、図3に示した構成と対応する構成については、同じ符号を付している。すなわち、図6の符号10を付したブロックは、発電ユニット部である。SW1は、図3におけるEPAMプラス端子16aと充電端子13に対応しており、ピストン軸11が押されてEPAM12が伸張状態にある時(すなわち、図3に示した状態)にONになり、ピストン軸11に加えられた力が解放された時にOFFになる。
As the step-up
一方、SW2は、図3におけるEPAMプラス端子16aと放電端子14に対応しており、ピストン軸11に加えられた力が解放されてEPAM12が自身の弾性により完全に収縮状態にある時(すなわち、図4に示した状態)にONになり、ピストン軸11に力が加えられるとOFFになる。このように、本発明の発電ユニット部10は、EPAM12の弾性を利用することにより、EPAMプラス端子16aと充電端子13又は放電端子14とが接触状態又は非接触状態になるというきわめて簡単な構成で、初期電気エネルギーの供給と出力電気エネルギーの取り出しのタイミングの最適化を図っている。
On the other hand, SW2 corresponds to the EPAM plus terminal 16a and the
図6の符号22を付したブロックは、圧電素子17から得た低電圧の電気エネルギーを昇圧して、EPAM12に初期電気エネルギーとして供給するための昇圧回路である。図6に示した例では、トランジスタ、コンデンサ、コイル、変成器などから構成されたインバータ回路で一次昇圧を行い、その後、コンデンサとダイオードからなる多段倍圧整流回路によりインバータ回路の出力電圧を4倍にして発電ユニット部10に供給している。具体的には、圧電素子17から得た約3.5Vの電圧をインバータ回路で700〜800Vにし、さらに多段倍圧整流回路によって、その4倍の2800〜3200Vに昇圧して発電ユニット部10に供給している。
The block denoted by
また、符号24を付したブロックは、発電ユニット部10から出力される高電圧の出力電気エネルギーを降圧して、蓄電部30の蓄電池等を充電するのに適した低電圧にするための降圧回路である。ここでは、パルスジェネレータ、MOSFET、変成器などからなる降圧回路によって降圧している。なお、本実施例においては、初期電気エネルギーの発生源として1つの圧電素子17を使用しているが、複数枚の圧電素子を直列に積層して用いることにより起電力を高め、それによって、昇圧回路の構成を簡素化することも可能である。
The block denoted by
次に、本発明の別の実施態様である実施例2について、図7に基づき説明する。なお、実施例2のEPAMを用いた発電装置は、実施例1において説明したEPAMを用いた発電装置のEPAMカートリッジの構造が相違するのみであり、基本的な構成は、実施例1と同じであるので、EPAMカートリッジの構造を説明するに留め、その他の構成の説明は省略する。また、図7に示したEPAMカートリッジは、2つのEPAMを積層している点で図5に示したEPAMカートリッジ16と異なるだけであるので、対応する部材には同じ符号を付し、詳しい説明については省略する。このEPAMカートリッジ16は、2つのEPAMプラス電極膜12bが密着するように配設されている。そのためEPAMカートリッジ16の露出している電極膜は、両面ともマイナス電極膜12c、12cとなるため、感電やEPAM12と発電ユニット部10の筐体との間で高電界による絶縁破壊(放電)が発生することを回避すると共に、2つのEPAM12が並列接続されているため、出力電気エネルギーを増加させることができる。
Next, Example 2 which is another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The power generator using the EPAM according to the second embodiment is different only in the structure of the EPAM cartridge of the power generator using the EPAM described in the first embodiment, and the basic configuration is the same as that of the first embodiment. Therefore, only the structure of the EPAM cartridge is described, and the description of the other configuration is omitted. Further, since the EPAM cartridge shown in FIG. 7 is different from the
本発明の電場応答性高分子を用いた発電装置は、別途、二次電池やコンデンサなどの初期電圧供給手段を設けることなく、簡単な構成で、メンテナンスもほとんど必要なく、様々な条件下及び分野で利用可能である発電装置を提供するものであって、波力、水力、風力などの緩やかな動きによる発電をはじめ、例えば、タイヤ空気圧センサの電源装置、樹木の幹や枝の揺れを利用した発電、排ガスなどの気体圧力を用いた発電、排水などの水圧を用いた発電、乗り物が走行する時に生じる振動や衝撃による発電、非常用電源として人力による発電、トンネル内などの狭い空間で生じる圧力変化による発電など、その産業上の利用可能性は、きわめて高い。 The power generation device using the electric field responsive polymer of the present invention is not separately provided with an initial voltage supply means such as a secondary battery or a capacitor, has a simple configuration, requires almost no maintenance, and has various conditions and fields. Power generation devices that can be used in the field, including power generation by gentle movements of wave power, hydropower, wind power, etc., for example, using power devices for tire pressure sensors, shaking of tree trunks and branches Power generation, power generation using gas pressure such as exhaust gas, power generation using water pressure such as drainage, power generation due to vibration and impact generated when the vehicle travels, power generation by human power as an emergency power source, pressure generated in a narrow space such as in a tunnel Its industrial applicability, such as power generation by change, is extremely high.
1 ・・・ 電場応答性高分子(EPAM)
1a ・・・(電場応答性高分子の)高分子膜
1b、1c ・・・(電場応答性高分子の)電極
10 ・・・ 発電ユニット部
10a ・・・(発電ユニット部の)底板
10b ・・・(発電ユニット部の)天板
11 ・・・ ピストン軸
12 ・・・ 電場応答性高分子(EPAM)
12a ・・・ 高分子膜
12b ・・・ EPAMプラス電極膜
12c ・・・ EPAMマイナス電極膜
13 ・・・ 充電端子
14 ・・・ 放電端子
15 ・・・ 押し板
16 ・・・ EPAMカートリッジ
16a ・・・(EPAMカートリッジの)EPAMプラス端子
16b ・・・(EPAMカートリッジの)中央サポート部材
16c ・・・(EPAMカートリッジの)周辺サポート部材
16d ・・・(EPAMカートリッジの)EPAMプラス電極
16e ・・・(EPAMカートリッジの)EPAMマイナス電極
16f ・・・(EPAMカートリッジの)貫通ボルト
16g ・・・(EPAMカートリッジの)導線
17 ・・・ 圧電素子
20 ・・・ 電圧変換部
22 ・・・ 昇圧回路
24 ・・・ 降圧回路
30 ・・・ 蓄電部
1 ... Electric field responsive polymer (EPAM)
1a:
DESCRIPTION OF
12a ...
Claims (3)
前記電場応答性高分子へ供給する初期電気エネルギーを昇圧すると共に前記電場応答性高分子から出力された出力電気エネルギーを降圧する電圧変換部と、
前記電力変換部によって降圧された出力電気エネルギーの蓄電及び外部負荷への放電をする蓄電部とを具備した電場応答性高分子を用いた発電装置であって、
前記初期電気エネルギーを発生する圧電素子が、前記発電ユニット部に配置されていることを特徴とする電場応答性高分子を用いた発電装置。 The axial motion of the piston shaft is converted into a force that deforms the electric field responsive polymer, and the initial electric energy is supplied to the electric field responsive polymer and the electric field responsiveness according to the deformation state of the electric field responsive polymer. A power generation unit that switches between output of electrical energy from the polymer, and
A voltage converter that steps up the initial electrical energy supplied to the electric field responsive polymer and lowers the output electric energy output from the electric field responsive polymer;
A power generation device using an electric field responsive polymer comprising a storage unit for storing output electric energy stepped down by the power conversion unit and a storage unit for discharging to an external load,
A power generation apparatus using an electric field responsive polymer, wherein the piezoelectric element that generates the initial electric energy is disposed in the power generation unit section.
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