JP2012039842A6 - Electrostatic motor / electrostatic generator using vertical charge carrier - Google Patents

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Abstract

【課題】非対称力を使用する静電機器(モータ、発電機、加速器)に使用される非対称形移動体(電荷搬送体・移動子)の形状及び配置を最適化する。移動体を静電浮上させる機構を簡素化する。静電モータに、静電ブレーキ、逆回転機能を加えてより使いやすくする。
【解決手段】検討する形状の数を増やして、最適形状およびその最適配置を求める。移動体に適当な電荷を与えて上方向の静電力を発生させて重力と相殺させる。静電モータの移動子の形状を工夫して、印加電圧極性を反転させたとき、移動子に作用する静電力の向きが反転するようにする。静電モータの上下固定電極の一部を、静電発電機の上下固定電極の形状とし、この区間では、移動子が、電荷搬送体の役割を果たすようにする。また、静電発電機では、回収電極の印加電圧を注入電極の電圧(接地)にすることで、静電モータと同一の電界を形成させ一時的に静電モータとして機能させる。
【選択図】図10
An object of the present invention is to optimize the shape and arrangement of an asymmetrical moving body (charge carrier / moving element) used in an electrostatic device (motor, generator, accelerator) using asymmetric force. Simplify the mechanism for electrostatically levitating the moving body. Add an electrostatic brake and reverse rotation function to the electrostatic motor to make it easier to use.
The number of shapes to be examined is increased to obtain an optimum shape and its optimum arrangement. Appropriate electric charge is given to the moving body to generate an electrostatic force in the upward direction to cancel the gravity. When the shape of the moving element of the electrostatic motor is devised to reverse the applied voltage polarity, the direction of the electrostatic force acting on the moving element is reversed. A part of the upper and lower fixed electrodes of the electrostatic motor is formed into the shape of the upper and lower fixed electrodes of the electrostatic generator, and in this section, the movable element plays a role of a charge carrier. Further, in the electrostatic generator, by setting the applied voltage of the recovery electrode to the voltage of the injection electrode (grounding), the same electric field as that of the electrostatic motor is formed to temporarily function as the electrostatic motor.
[Selection] Figure 10

Description

発明の詳細な説明Detailed Description of the Invention

本発明は、非対称形形状効果、すなわち、非対称形帯電または無帯電導体に作用する静電気力の大きさが電界の方向で異なる、あるいはその方向が電界の方向と異なる現象を利用する静電発電機、静電モータ、静電加速器に関するものである。特に、非対称形導体の形状とその配置に関するものである。  The present invention relates to an asymmetric shape effect, that is, an electrostatic generator that utilizes a phenomenon in which the magnitude of electrostatic force acting on an asymmetric charged or uncharged conductor differs in the direction of the electric field, or the direction differs from the direction of the electric field. The present invention relates to an electrostatic motor and an electrostatic accelerator. In particular, it relates to the shape of an asymmetric conductor and its arrangement.

従来、静電発電機においては、電荷搬送体を、搬送電荷に作用する電界によるクーロン力に抗して、静電エネルギー的により高い位置に搬送するために、機械的なエネルギーが使用されていた。  Conventionally, in an electrostatic generator, mechanical energy has been used to transport the charge carrier to a higher position in terms of electrostatic energy against the Coulomb force caused by the electric field acting on the carrier charge. .

これにたいして、本発明者は、先に、機械的エネルギーに代えて、電界の有するエネルギーが使用できることを発見し、その方法装置を出願した。(特許文献1、2、3、4)
特開2006−325394 特開2008−005690 特開2009−262667 特開2010−098925
On the other hand, the present inventor previously discovered that the energy of the electric field can be used instead of the mechanical energy, and applied for a method apparatus. (Patent Documents 1, 2, 3, 4)
JP 2006-325394 A JP2008-005690 JP 2009-262667 A JP 2010-098925

その中で、特許文献1においては、電荷搬送体として、平板を直角に折ったL字形電極を左右反転させ、その立て板部分を電界方向と直角に、その平板部分を電界と平行にして使用している。    Among them, in Patent Document 1, as a charge carrier, an L-shaped electrode obtained by folding a flat plate at a right angle is reversed left and right, the standing plate portion is perpendicular to the electric field direction, and the flat plate portion is used parallel to the electric field. is doing.

また、特許文献2においては、電荷搬送体として、平ネジ型とコップ(箱)型を比較して、コップ(箱)型を最適形状として選択している。(同特許、請求項4、5、7、図16〜20)。特許文献1で開示されたL字型は、コップ(箱)型の一部分と説明されている(同、[0010])。また、その配置は、その側面を、移動方向(電界方向)と平行とすると請求されている(請求項5)。    In Patent Document 2, as a charge carrier, a flat screw type and a cup (box) type are compared, and a cup (box) type is selected as the optimum shape. (The same patent, claim 4, 5, 7, FIGS. 16-20). The L-shape disclosed in Patent Document 1 is described as a part of a cup (box) shape (same as [0010]). Further, the arrangement is claimed when the side surface is parallel to the moving direction (electric field direction) (Claim 5).

また、特許文献3においては、上下2枚の電極間に、外底面を右方向に向けた無帯電のコップ型移動子に働く水平方向の静電気力を使う新しい方式の静電モータが記載されている。(請求項2、[0021]、図9A)    Patent Document 3 describes a new type of electrostatic motor that uses electrostatic force in the horizontal direction that acts on an uncharged cup-shaped moving element with the outer bottom face in the right direction between two upper and lower electrodes. Yes. (Claim 2, [0021], FIG. 9A)

また、特許文献4においては、進行方向に非対称形の電極(移動子)を含む移動体の非対称形電極が形成されていない部分にエレクトレット帯を形成し、それと対応する、該移動体をおおう筐体の内面に、それと同極性のエレクトレット帯を形成することが請求されている。(請求項3)両エレクトレット間に働く反発静電力により、該移動体は、筐体に接触しない。([0047],[0048]、実施例3、4、5、図8、9、11、12、14、15)    Further, in Patent Document 4, an electret band is formed in a portion of a moving body that includes an asymmetric electrode (moving element) in the traveling direction where an asymmetrical electrode is not formed, and the corresponding housing that covers the moving body is formed. It is claimed to form an electret band of the same polarity on the inner surface of the body. (Claim 3) Due to the repulsive electrostatic force acting between both electrets, the moving body does not contact the casing. ([0047], [0048], Examples 3, 4, 5, FIGS. 8, 9, 11, 12, 14, 15)

そこで、本発明の第一の課題は、特許文献1、2において検討された電荷搬送体の形状が少なかったので、平ネジ型とコップ(箱)型以外の、より多くの形状の電荷搬送体に作用する静電力も求めて、本当の最適形状を選びなおすことである。
第二の課題は、特許文献4に記載された電荷搬送体・移動子の静電浮上方法を実施するためには、電荷搬送体・移動子円板と筐体の一部にエレクトレットを形成しなければならずコストがかかるため、より簡単な、コストのかからない方法を確立することである。
第三の課題は、特許文献3に記載された静電モータそのものはシンプルな構成であるが、実際に使用するためには、その外部に機械的なブレーキ機構を付加する必要があり、装置全体としては大きくコストも高くなるので、付加機械ブレーキ装置を使用しない、静電ブレーキ方法を確立することである。
第四の課題は、特許文献1〜4に記載された静電発電機は、その立ち上げ時に、外部付加モータで、電荷搬送体円板を回転させる必要があり、また、特許文献1〜4に記載された静電モータは、外部電源で、上下固定電極円板が形成しているコンデンサーのリーク電流を補う必要があり、それぞれ、装置が大きくコスト高になるので、静電発電機自身に一時的に静電モータの機能を、また、静電モータ自身に、静電発電機の機能を持たせることである。
Therefore, the first problem of the present invention is that the shape of the charge carrier studied in Patent Documents 1 and 2 is small, so that the charge carrier of more shapes than the flat screw type and the cup (box) type. It is also necessary to re-select the true optimum shape by obtaining the electrostatic force acting on the.
The second problem is that in order to carry out the electrostatic levitation method of the charge carrier / mover described in Patent Document 4, electrets are formed on the charge carrier / mover disc and a part of the casing. Since it has to be costly, it is to establish a simpler, less expensive method.
The third problem is that the electrostatic motor itself described in Patent Document 3 has a simple configuration, but in order to actually use it, it is necessary to add a mechanical brake mechanism to the outside, and the entire apparatus Therefore, it is necessary to establish an electrostatic braking method that does not use an additional mechanical brake device.
The fourth problem is that the electrostatic generator described in Patent Documents 1 to 4 needs to rotate the charge carrier disk with an externally added motor at the time of startup, and Patent Documents 1 to 4 In the electrostatic motor described in the above, it is necessary to compensate for the leakage current of the capacitor formed by the upper and lower fixed electrode disks with an external power supply. The function of the electrostatic motor is temporarily provided, and the function of the electrostatic generator is provided to the electrostatic motor itself.

1、均一電界中に置かれた形状の異なる19個の帯電導体に働く静電気力をシミュレーションで求めて比較する。
2、1において、該導体に静電誘導で付与する電荷量を変えて、水平方向の静電力に加えて、電荷搬送体・移動子円板に働く重力を上回る、上向きの静電力を発生させる。
3、移動子の形状を工夫して、上下固定円板電極が形成する電界の向きが反転したとき、移動子中の電荷移動により、逆方向の静電力が発生するようにする。
4、該静電発電機と該静電モータの基本的な構成は同じなので、電圧の印加方法、または、単一電極の分割で、両方の機能が発生できるようにする。
1. Electrostatic force acting on 19 charged conductors with different shapes placed in a uniform electric field is determined by simulation and compared.
In 2 and 1, by changing the amount of charge applied to the conductor by electrostatic induction, in addition to the electrostatic force in the horizontal direction, an upward electrostatic force that exceeds the gravity acting on the charge carrier / moving element disk is generated. .
3. The shape of the moving element is devised so that when the direction of the electric field formed by the upper and lower fixed disk electrodes is reversed, an electrostatic force in the reverse direction is generated by the charge movement in the moving element.
4. Since the basic configurations of the electrostatic generator and the electrostatic motor are the same, both functions can be generated by applying a voltage or dividing a single electrode.

1、従来、最適形状と思われたカップ(箱)型以上の性能を示す、Λ型が発見された。これを使用することにより、静電発電機・静電モータの性能は従来の2倍以上となる。
2、静電誘導で付与する電荷量は、静電誘導電圧を変えることで制御できるので、該静電発電機・静電モータになんら変更を加えることなく、電荷搬送体・移動子円板の静電浮上が可能になる。エレクトレットを各所に形成する必要がなくなり大幅にコストが削減される。
3、移動子の形状は、すこしだけ複雑になるが、上下固定円板電極に印加する電圧を逆にするのみで強力なブレーキをかけられるようになる。また、機械的なブレーキと異なり、逆方向の静電力を発生させているので、継続して、逆回転させることもできる。外部に機械的ブレーキ機構を付加する必要がなくなり、装置が小さくなり、コストが大幅に削減される。
4、電圧の印加方法のみ、または、単一電極の一部分割で、静電発電機に静電モータの機能を、静電モータに静電発電機の機能を持たせられて、外部に電源やモータを付加する必要がなくなり、装置が小型になり、コストが大幅に削減される。
1. A Λ type has been discovered that exhibits performance that is superior to that of the cup (box) type, which has been considered to be the optimum shape. By using this, the performance of the electrostatic generator / electrostatic motor is more than twice that of the prior art.
2. The amount of charge imparted by electrostatic induction can be controlled by changing the electrostatic induction voltage. Therefore, without any change to the electrostatic generator / electrostatic motor, Electrostatic levitation becomes possible. There is no need to form electrets in various places, and the cost is greatly reduced.
3. The shape of the mover is slightly complicated, but a strong brake can be applied only by reversing the voltage applied to the upper and lower fixed disk electrodes. Further, unlike the mechanical brake, since the electrostatic force in the reverse direction is generated, the reverse rotation can be continued. There is no need to add a mechanical brake mechanism to the outside, the device becomes smaller, and the cost is greatly reduced.
4. With only the voltage application method or partial division of a single electrode, the electrostatic generator has the function of an electrostatic motor and the electrostatic motor has the function of an electrostatic generator. There is no need to add a motor, the device becomes smaller, and the cost is greatly reduced.

従来最適と考えられているコップ(箱)型電荷搬送体・移動子に代わるより高性能の形状を、シミュレーションで探したいのだが、その前に、クーロンの法則を復習しておきたい。よく知られているように、クーロンの法則は、点電荷か、帯電した小球のみにしか適応できないが、現在の静電気の基本法則であり、本発明が使用する非球形の(帯電)導体に働く静電力を考察する上でも非常に参考になる。    I would like to review the Coulomb's law before searching for a higher-performance shape to replace the cup-type charge carrier / moving element, which has been considered optimal. As is well known, Coulomb's law can only be applied to point charges or charged spheres, but it is the current basic law of static electricity and it is applied to the non-spherical (charged) conductor used by the present invention. It is also very helpful in considering working electrostatic force.

図1は、クーロンの法則の説明図である。すなわち、上下電極によって形成された均一電界E中に、点電荷q(+)が置かれると、該点電荷に静電力Fが作用する。該静電力は通常クーロン力と呼ばれる。クーロン力には、下記の3つの特徴がある。
1)、その大きさ(絶対値)は一定で、次式で計算される。
F=qE (1)
2)、その方向は、電界の方向と同じである(電荷の極性が正のとき)。または、その反対方向である(電荷の極性が負のとき)。
3)、電界の方向が反転されたとき、力の大きさ(絶対値)は変わらない。
FIG. 1 is an explanatory diagram of Coulomb's law. That is, when a point charge q (+) is placed in the uniform electric field E formed by the upper and lower electrodes, an electrostatic force F acts on the point charge. The electrostatic force is usually called Coulomb force. Coulomb force has the following three characteristics.
1) The magnitude (absolute value) is constant and is calculated by the following equation.
F = qE (1)
2) The direction is the same as the direction of the electric field (when the polarity of the charge is positive). Or in the opposite direction (when the charge polarity is negative).
3) When the direction of the electric field is reversed, the magnitude of the force (absolute value) does not change.

以下、最適形状を求めて、各種形状の帯電導体に働く静電気力をシミュレーションで計算し比較するわけであるが、使用した19個の形状は、すべて1枚の基本板から作製された。図2にその形状を示す。その長さは、100.5mm、幅は10.5mm、厚さは1.5mmである。    In the following, the optimum shape is obtained, and the electrostatic force acting on the charged conductors of various shapes is calculated and compared by simulation. All the 19 shapes used were made from one basic plate. The shape is shown in FIG. The length is 100.5 mm, the width is 10.5 mm, and the thickness is 1.5 mm.

電位のシミュレーション後の、静電気力を計算する過程を、簡略化するために、基本板の配置角度を図3に示す4方向に限定した。すなわち、x軸から、0度、45度、90度、135度である。    In order to simplify the process of calculating the electrostatic force after the potential simulation, the arrangement angle of the basic plate was limited to the four directions shown in FIG. That is, 0 degrees, 45 degrees, 90 degrees, and 135 degrees from the x-axis.

シミュレーションで使用した19個の形状を、図4と図5に示す。その1番から3番は、1枚の基本板の配置角度を変えて作製した。4番から11番は、2枚の基本板を組み合わせて作製した。12番から19番は、3枚の基本板を組み合わせて作製した。
これら19個の導体は、それぞれ一定の電荷を与えられて、均一電界中に置かれて、そこに働く静電気力が、シミュレーションで求められた。シミュレーションは、XY二次元の差分法で行われた。その詳細は、特許文献1、2で紹介したのでここでは省略する。
The 19 shapes used in the simulation are shown in FIGS. No. 1 to No. 3 were produced by changing the arrangement angle of one basic plate. Nos. 4 to 11 were prepared by combining two basic plates. Nos. 12 to 19 were prepared by combining three basic plates.
These 19 conductors were each given a constant charge and placed in a uniform electric field, and the electrostatic force acting on them was determined by simulation. The simulation was performed by an XY two-dimensional difference method. Details thereof were introduced in Patent Documents 1 and 2, and are omitted here.

図6は、シミュレーション対象領域の構成を示す。上下に、大きな平行平板電極が置かれ、そのセンターに小さな帯電導体が置かれる。両電極板の幅は、1021.5mmで、上下電極間の間隔も1021.5mmである。上電極には、1021050Vが印加され、下電極は接地される。この結果、両電極間には、均一電界が形成され、その強さは、1.0e+6V/mである。形状の異なる19個の導体には、それぞれ、−100nCの電荷が与えられる。もし、この導体の形状が小球であれば、そこに働く静電力は、クーロンの法則により、0.1Nと計算される。しかしながら、これら19個の帯電導体の形状は小球ではないため、そこに働く静電力は、それぞれ、シミュレーションで求められた。    FIG. 6 shows the configuration of the simulation target area. Large parallel plate electrodes are placed above and below, and a small charged conductor is placed at the center. The width of both electrode plates is 1021.5 mm, and the distance between the upper and lower electrodes is 1021.5 mm. 1021050V is applied to the upper electrode, and the lower electrode is grounded. As a result, a uniform electric field is formed between both electrodes, and its strength is 1.0e + 6 V / m. The 19 conductors having different shapes are each given a charge of −100 nC. If the shape of the conductor is a small sphere, the electrostatic force acting on it is calculated to be 0.1 N according to Coulomb's law. However, since the shape of these 19 charged conductors is not a small sphere, the electrostatic force acting thereon was obtained by simulation.

導体の表面に作用する静電力の向きは、常に、その表面に垂直である。その結果、4つの角度に配置された基本板の表面に作用する静電力は、図7に示されるように8個になる。そのうち、4個の力の向きは、XまたはY軸と同じである。残りの4個の力の向きは、XおよびY軸とは異なるが、その角度が、XまたはY軸に対して45度なので、以下の式で、X成分とY成分に分解できる。
The direction of the electrostatic force acting on the surface of the conductor is always perpendicular to the surface. As a result, the electrostatic force acting on the surface of the basic plate arranged at four angles becomes eight as shown in FIG. Of these, the direction of the four forces is the same as the X or Y axis. Although the remaining four force directions are different from those of the X and Y axes, the angle is 45 degrees with respect to the X or Y axis.

X軸と同一方向の力は、すべて、次式で、Fxに集約され、
Fx=F0(+)+F0(−)+F45(+).x−F45(−).x−F135(+).x+F135(−).x (10)
Y軸と同一方向の力は、すべて、次式で、Fyに集約された。
Fy=F90(+)+F90(−)+F45(+).y−F45(−)y+F135(+).y−F135(−).y (11)
なお、この過程で、すべての力は、各導体の重心に働くと仮定された。その結果、トルクは無視された。
最終的に、各帯電導体に働く静電気力の大きさFと、その方向θは、Fxと、Fyを使って次のように計算された。すなわち、θは、y軸(電界の向きと逆の方向)からの角度である。
The forces in the same direction as the X axis are all summarized in Fx,
Fx = F0 (+) + F0 (−) + F45 (+). x-F45 (-). x-F135 (+). x + F135 (-). x (10)
The forces in the same direction as the Y axis were all collected in Fy by the following formula.
Fy = F90 (+) + F90 (−) + F45 (+). y-F45 (-) y + F135 (+). y-F135 (-). y (11)
In this process, it was assumed that all forces act on the center of gravity of each conductor. As a result, torque was ignored.
Finally, the magnitude F of the electrostatic force acting on each charged conductor and its direction θ were calculated as follows using Fx and Fy. That is, θ is an angle from the y-axis (direction opposite to the direction of the electric field).

19個の形状の異なる帯電導体に作用する静電力の大きさを図8に示す。帯電量が−100nCなので、導体の形状が小球であれば、クーロンの法則により、その大きさは、0.1Nになる。これを、図中に点線で示す。形状の異なる19個の帯電導体に働く力の大きさは、0.1N前後が多いが、その半分、あるいは半分以下の場合もある。19個の形状の中では、黒べたで示すΛ型が一番大きく、0.131Nである。一方、従来最適と考えられたコップ(箱)型に相当するП型はあまり大きくなく0.083Nである。これを白抜きで示す。なお、コップ(箱)型はXY二次元のシミュレーションでは扱えないため、П(樋)型を使用した。    FIG. 8 shows the magnitude of the electrostatic force acting on the 19 differently charged conductors. Since the charge amount is -100 nC, if the shape of the conductor is a small sphere, the size is 0.1 N according to Coulomb's law. This is indicated by a dotted line in the figure. The magnitude of the force acting on the 19 charged conductors having different shapes is about 0.1 N, but may be half or less than half. Among the 19 shapes, the Λ shape indicated by the solid black is the largest, which is 0.131N. On the other hand, the П type corresponding to the cup (box) type, which has been considered optimal, is not so large and is 0.083N. This is shown in white. The cup (box) type cannot be handled by XY two-dimensional simulation, so the П (樋) type was used.

19個の形状の中では、Λ型に働く静電力が一番大きいことが分かったが、特許文献1〜4に開示された新しい静電発電方法(電界駆動型)は、一定電界での静電力の大きさではなく、その大きさと、電界の向きが反転したときの静電力の大きさの差を使って電界のエネルギーをくみ上げている。そこで、電界の向きが反転したとき、Λ型導体に働く力の大きさが問題である。これも、大きければ、電界反転前後の力の差がなくなり、電界駆動型静電発電機の電荷搬送体として不適当である。    Among the 19 shapes, it has been found that the electrostatic force acting on the Λ type is the largest, but the new electrostatic power generation methods (electric field drive type) disclosed in Patent Documents 1 to 4 have a static electric field with a constant electric field. The energy of the electric field is drawn up using the difference between the magnitude of the electrostatic force and the magnitude of the electrostatic force when the direction of the electric field is reversed, not the magnitude of the electric power. Therefore, the magnitude of the force acting on the Λ-type conductor when the direction of the electric field is reversed is a problem. If this is too large, there will be no difference in force before and after electric field reversal, which is inappropriate as a charge carrier for an electric field driven electrostatic generator.

電界が反転したときに、該19個の帯電導体に働く静電力を図9に示す。なお、この図では、電界の反転を示す代わりに、各帯電導体の向きを、上下方向に、すなわち、電界の向きに反転させて表示している。
驚いたことに、黒ベタで示すΛ型に働く静電力が最小で、0.016Nである。一方、白抜きで示すП型は小さいほうではあるが0.038Nである。
FIG. 9 shows the electrostatic force acting on the 19 charged conductors when the electric field is reversed. In this figure, instead of showing the inversion of the electric field, the direction of each charging conductor is displayed in the up-down direction, that is, the direction of the electric field is inverted.
Surprisingly, the electrostatic force acting on the Λ-type indicated by the black solid is a minimum of 0.016N. On the other hand, the П type shown in white is 0.038N although it is smaller.

電界の反転前の静電力(絶対値)から、電界の反転後の静電力(絶対値)を差し引いた結果を図10に示す。明らかに、Λ型が一番大きく、0.115Nである。一方、П型は、0.045Nである。
なお、図中11個の電荷搬送体では電界反転前後の静電力の差がゼロになっているが、これは、その形状が、上下、すなわち電界の方向に対称で、電界の向きが反転してもそこに働く静電気力の大きさは変わらないからである。
FIG. 10 shows the result of subtracting the electrostatic force (absolute value) after the electric field inversion from the electrostatic force (absolute value) before the electric field inversion. Obviously, the Λ type is the largest, 0.115N. On the other hand, the П type is 0.045N.
In the figure, in 11 charge carriers, the difference in electrostatic force before and after the electric field inversion is zero. This is because the shape is symmetrical in the vertical direction, that is, the electric field direction, and the electric field direction is inverted. This is because the magnitude of the electrostatic force that works there does not change.

それでは、Λ型がなにゆえ、もっとも大きな静電気力の差を得られる結果となったのであろうか? 最初に、反転前の電界で、Λ型に働く静電気力が最大になった原因を考える。そのために、Λ型と、3番目に大きな静電気力の差を示したT型導体の周囲の電界を比較してみよう。なお、二番目に大きかったλ型を対象としなかったのは、形状がΛ型と似ていたからである。    So, what was the result of obtaining the largest difference in electrostatic force because of the Λ type? First, consider the reason why the electrostatic force acting on the Λ-type is maximized in the electric field before inversion. To that end, let's compare the electric field around the Λ type and the T type conductor that showed the third largest difference in electrostatic force. The reason why the λ type, which was the second largest, was not the target, because the shape was similar to the Λ type.

図11が、Λ型とT型帯電導体の周辺の電界の様子を示している。図中、太い矢印が電界の強さと向きを示している。図から、両導体ともその裏面はよくシールドされていて、下向きの静電気力は、Λ型とT型で、それぞれ、0.0136Nと0.0156Nと小さいことがわかる。違いは、前面の電界の強さで、そのピーク値で比較すると、Λ型は、7.4MV/mで、T型は6.0MV/mである。この結果、上向きの静電気力は、Λ型とT型で、それぞれ、0.1442Nと0.1202Nになる。そして、総合的な静電力は、それぞれ、0.1306Nと0.1046Nになった。
T型よりも、Λ型の方がその前面の電界が強くなったのは、その前面形状が凸型で電界がより集中したためと考えられる。すなわち、反転前の電界で、Λ型に働く静電気力が最大になった理由は、その前面形状が凸型で、電界が集中しやすいことと、その裏面がよくシールドされていることの2点にある。なお、裏面シールドの効果は、特許文献4の箱型、及び樋型電極の説明でも言及されている。
FIG. 11 shows the state of the electric field around the Λ-type and T-type charged conductors. In the figure, thick arrows indicate the strength and direction of the electric field. From the figure, it can be seen that the back surfaces of both conductors are well shielded, and the downward electrostatic force is small at 0.0136 N and 0.0156 N for the Λ type and the T type, respectively. The difference is the intensity of the electric field on the front surface. When compared with the peak value, the Λ type is 7.4 MV / m and the T type is 6.0 MV / m. As a result, the upward electrostatic force is 0.1442N and 0.1202N for the Λ and T types, respectively. The total electrostatic forces were 0.1306N and 0.1046N, respectively.
The reason why the electric field on the front surface of the Λ type is stronger than that on the T type is that the front surface shape is convex and the electric field is more concentrated. That is, there are two reasons why the electrostatic force acting on the Λ type is maximized in the electric field before inversion: the front surface shape is convex, the electric field tends to concentrate, and the back surface is well shielded. It is in. In addition, the effect of a back surface shield is mentioned also by description of the box-shaped and saddle-shaped electrode of patent document 4. FIG.

次に、反転電界中でΛ型に働く静電力が最小になった原因を考える。そのために、Λ型と、もっともシンプルな形状の、―型の周囲の電界を比較してみよう。    Next, consider the reason why the electrostatic force acting on the Λ type in the inverted electric field is minimized. To that end, let's compare the electric field around the Λ shape and the simplest shape.

図12が、Λ型と―型帯電導体の周辺の電界の様子を示している。電界の方向が、下から上で、帯電極性はマイナスなので、下向きの静電力が働くはずである。実際、Λ型には、−0.0161N、―型には、−0.088Nの力が働いている。なお、言うまでもないことであるが、帯電導体の形状が小球ならばクーロンの法則によりその力は、−0.100Nになる。ここで、この力を、上向きの成分Fupと、下向きの成分Fdnに分けてみると、上向きの成分は、Λ型が、0.0381Nで、―型が、0.0485Nで大きな差はない。一方、下向きの成分は、Λ型が、−0.0542Nなのに対して、―型はその2.5倍の、−0.1365Nである。―型を標準と考えれば、―型は、その40%である。60%も減少したのは、図12からあきらかに、Λ型の電界に向かう前面(下面)が、シールドされて、その面の電界が弱くなったためである。
すなわち、Λ型に働く静電力が、電界の反転前で、最大で、反転後に最小になった理由は、共通で、その前面の、凸型形状による、電界集中効果と、その裏面のシールド効果である。
FIG. 12 shows the state of the electric field around the Λ-type and -type charged conductors. Since the direction of the electric field is from bottom to top and the charging polarity is negative, a downward electrostatic force should work. Actually, a force of -0.0161N is applied to the Λ type, and a force of -0.088N is applied to the -type. Needless to say, if the shape of the charged conductor is a small sphere, the force is -0.100 N according to Coulomb's law. Here, when this force is divided into an upward component Fup and a downward component Fdn, the upward component is 0.0381N for the Λ-type and 0.0485N for the −type, and there is no significant difference. On the other hand, the downward component is -0.1365N, which is 2.5 times as long as the Λ-type is -0.0542N. -Considering mold as a standard-mold is 40% of that. As apparent from FIG. 12, the decrease of 60% is due to the fact that the front surface (lower surface) toward the Λ-type electric field is shielded and the electric field on the surface is weakened.
That is, the reason why the electrostatic force acting on the Λ type is the maximum before the electric field inversion and the minimum after the inversion is common. The electric field concentration effect due to the convex shape on the front surface and the shielding effect on the rear surface It is.

以上の結果、すなわち、非球形の帯電導体に作用する静電力は、クーロンの法則と異なり一定ではなく、その形状で変わり、特に、その形状がΛ型のとき、最大となり、また、電界が反転した場合は最小となるという現象は、今回、発明者によって初めて発見された。以下、従来の形状に変えて、この新発見の形状を使用することで、静電機器の効率を大輻に改善した結果を紹介するわけであるが、その前に、該19個の形状の異なった帯電導体に作用する静電気力の方向に関するシミュレーション結果も報告する。この結果も、静電モータの効率を改善するために非常に重要になるからである。    The above results, that is, the electrostatic force acting on the non-spherical charged conductor is not constant, unlike Coulomb's law, and changes in its shape, especially when the shape is Λ type, and the electric field is reversed. This phenomenon was first discovered by the inventor this time. In the following, we will introduce the results of improving the efficiency of electrostatic devices by using this newly discovered shape instead of the conventional shape. We also report simulation results on the direction of electrostatic force acting on different charged conductors. This result is also very important for improving the efficiency of the electrostatic motor.

図13に、形状の異なる19個の帯電導体に働く静電気力の向きを示す。横向きにしたΛ型導体のみが非常に大きい、60度近くの傾きを示すことがわかる。これに対して、横向きにしたП型導体の傾きは、その1/5程度である。なお、図13において、傾きが0度になったのは、電界の垂直方向(図の水平方向)で、対称形の8個の導体である。
それでは、横向きにしたΛ型導体がなにゆえ、もっとも大きな傾きを得られる結果となったのであろうか? この原因を考えるため、横向きにしたΛ型導体と、2番目に大きな傾きを示した\型導体の周囲の電界を比較してみよう。
FIG. 13 shows the direction of electrostatic force acting on 19 charging conductors having different shapes. It can be seen that only the Λ-type conductor in the horizontal direction shows a very large inclination of nearly 60 degrees. On the other hand, the inclination of the П-type conductor placed sideways is about 1/5. In FIG. 13, the inclination is 0 degree in the eight conductors symmetrical in the vertical direction of the electric field (horizontal direction in the figure).
Then, what was the result of obtaining the greatest inclination because of the Λ-type conductor that was turned sideways? In order to consider this cause, let's compare the electric field around the Λ-type conductor that is turned sideways and the \ -type conductor that shows the second largest inclination.

図14が、横向きにしたΛ型と\型帯電導体の周辺の電界の様子を示している。図中、太い矢印が電界の強さと向きを示している。図より、右下がりの1枚の斜め板で構成される\型導体に、右上がりの1枚の斜め板が結合されて、横置きΛ型導体となったとき、右下がり板の後面がシールドされ、付け加えられた右上がり板により、右下の静電力が付加されたのが分かる。この結果、Fyが小さくなり、Fxが大きくなって、傾きθが36.1°から58.3°まで広がった。    FIG. 14 shows the state of the electric field around the Λ-type and \ -type charged conductors in the horizontal direction. In the figure, thick arrows indicate the strength and direction of the electric field. As shown in the figure, when the right-angled Λ-shaped conductor is formed by combining a right-angled diagonal board with a \ -shaped conductor composed of one diagonally-lowered board, the rear face of the right-down board is shielded. Then, it can be seen that the electrostatic force in the lower right is added by the added right-up plate. As a result, Fy was decreased, Fx was increased, and the inclination θ was increased from 36.1 ° to 58.3 °.

この現象は、横向きΛ型導体の進行方向の前面形状が凸型で電界がより集中したことと、その後面が近接した2枚の斜め導板が互いにシールドしたことで説明される。電界の垂直方向(図の水平方向)で非対称形の帯電導体に働く静電力の方向は電界の方向より離れる、特に、Λ型形状の場合はその度合いが非常に大きい、というこの現象も、今回、初めて発明者により発見された。    This phenomenon is explained by the fact that the front surface shape of the lateral Λ-type conductor is convex and the electric field is more concentrated, and that two oblique conductive plates whose rear surfaces are close to each other shield each other. This phenomenon, in which the direction of electrostatic force acting on the asymmetrical charged conductor in the vertical direction of the electric field (horizontal direction in the figure) is farther than the direction of the electric field, especially in the case of the Λ shape, this phenomenon is also very large. First discovered by the inventor.

ここで、均一電界(E)中に置かれた、非球形の帯電(q)導体に働く静電力(F)の特徴を、クーロン力の特徴([0012])と対比してまとめておく。
1)、その大きさは、一般的に、F=qE にはならない。その前面に電界が集中し、その裏面が電気的にシールドされる形状の場合、qEよりも大きくなる。(図8参照)
2)、その方向は、電界と垂直方向で、対称形状の場合、電界の方向、またはその逆方向と一致するが、非対称形状の場合は一致しない。(図13参照)
3)、電界が反転した場合、その形状が電界方向で対称の場合は、その大きさ(絶対値)は同じになるが、非対称の場合は、異なる。(図8、図9、図10参照)
以上のシミュレーション結果と、その考察は、現在、学術誌(Journal of Electrostatics)に投稿中である。
Here, the characteristics of the electrostatic force (F) acting on the non-spherical charged (q) conductor placed in the uniform electric field (E) are summarized in comparison with the characteristics of the Coulomb force ([0012]).
1) The size is generally not F = qE. When the electric field concentrates on the front surface and the back surface is electrically shielded, it becomes larger than qE. (See Figure 8)
2) The direction is perpendicular to the electric field. In the case of a symmetric shape, the direction coincides with the direction of the electric field or the opposite direction, but in the case of an asymmetric shape, it does not coincide. (See Figure 13)
3) When the electric field is reversed, if the shape is symmetric in the electric field direction, the magnitude (absolute value) is the same, but if the shape is asymmetric, it is different. (See FIGS. 8, 9, and 10)
The above simulation results and discussions are currently being submitted to Journal of Electrostatics.

次に、非対称形の帯電導体に働く静電気力の大きさと方向に関する新発見の現象を使う静電発電機や静電モータ等の実施例の説明に入るわけであるが、その前に、現在知られている静電発電機や静電モータを簡単に紹介する。    Next, we will begin to explain examples of electrostatic generators and electrostatic motors that use the newly discovered phenomenon regarding the magnitude and direction of electrostatic force acting on asymmetrical charged conductors. The static generators and motors that are used are briefly introduced.

従来一番よく知られ、また実際に使われている静電発電機は、バンデグラーフ型である。その構成・動作を、静電気ハンドブックに記載された図で説明する。図15において図示しないモータで矢印方向に回転移動されている絶縁性ベルトは電荷搬送体である。最初に、その最下部でコロナ放電により正コロナイオンで正帯電される。次に、高圧、たとえば100万ボルトに維持されている電荷回収球内に入りると、コロナ放電針列と、絶縁性ベルト上の正イオン間にコロナ放電が発生する。この結果、絶縁性ベルトで搬送された正電荷は、高電圧の電荷回収球に回収される。    The electrostatic generators that are best known and used in the past are of the van de Graaff type. The configuration and operation will be described with reference to the drawings described in the electrostatic handbook. In FIG. 15, the insulating belt rotated and moved in the direction of the arrow by a motor (not shown) is a charge carrier. First, the lowermost portion is positively charged with positive corona ions by corona discharge. Next, when entering a charge collection sphere maintained at a high pressure, for example, 1 million volts, a corona discharge is generated between the corona discharge needle array and the positive ions on the insulating belt. As a result, the positive charge conveyed by the insulating belt is collected by the high voltage charge collecting sphere.

この原理を、図16で模擬的に説明する。バンデグラーフ型静電発電機では、負電荷(電子)を電荷搬送体に乗せて、−100万ボルトの電荷回収電極にむかって搬送する。このとき、該電荷搬送体には、これを押し戻す方向に強い静電力Feが働くので、それ以上に強い機械的な力Fmを該電荷搬送体に加えて、引き上げている。すなわち、帯電した絶縁性ベルトを機械的にモータで回転させている。    This principle will be described with reference to FIG. In the van de Graaff type electrostatic generator, a negative charge (electrons) is placed on a charge transport body and transported toward a charge recovery electrode of −1 million volts. At this time, since a strong electrostatic force Fe acts on the charge transport body in a direction to push it back, a mechanical force Fm stronger than that is applied to the charge transport body to pull it up. That is, the charged insulating belt is mechanically rotated by a motor.

これに対して、本出願人が発明し、特許文献2で出願した、新型静電発電機では、0Vから受け取った電子を−200Vまで持ち上げるのに、機械的な力を使用しない。その代わりに、非対称形状の電荷搬送体に働く静電力の大きさ(絶対値)が電界の方向が反転すると変わるという本出願人により新たに発見された現象を使用している。すなわち、重力で例えれば、下り坂の重力が大きく、上り坂の重力が小さい状態では、一度、坂道を下って十分な運動エネルギーを蓄えてから、上り坂に入れば、スタート地点よりも高いところまで到達できる現象である。以下、この方式の静電発電機を電界駆動型静電発電機と呼ぶ。    On the other hand, the new electrostatic generator invented by the present applicant and applied for in Patent Document 2 does not use mechanical force to lift electrons received from 0V to −200V. Instead, the phenomenon newly discovered by the present applicant that the magnitude (absolute value) of the electrostatic force acting on the charge carrier having an asymmetric shape changes when the direction of the electric field is reversed is used. In other words, in the case of gravity, if the gravity of the downhill is large and the gravity of the uphill is small, once you go down the hill and store enough kinetic energy, if you go uphill, it is higher than the starting point It is a phenomenon that can be reached. Hereinafter, this type of electrostatic generator is referred to as an electric field driven electrostatic generator.

その具体的な内容を、特許文献3の図11、12、14を使って説明する。図17は、電界駆動型静電発電機の1ユニットの電極配置を示している。図中、記号2は電荷注入電極、1は電位源となるエレクトレット、4は電荷回収電極、そして3は、左側が空いた横置きの箱型電荷搬送体である。電荷注入電極とエレクトレットの幅は、100μmで、電荷回収電極の幅は、160μmである。箱型電荷搬送体の幅は80μm、高さは160μmである。エレクトレットの電荷密度は、+1.25E−5(C/m)で、注入電極との間の電界強度は約1.0E+6(V/m)である。この結果、該電荷搬送体が、注入電極間を、これと電気的に導通して通り抜けるとき、静電誘導で注入される電荷量は、−3.03E−13(C)になった。The specific contents will be described with reference to FIGS. FIG. 17 shows an electrode arrangement of one unit of the electric field drive type electrostatic generator. In the figure, reference numeral 2 is a charge injection electrode, 1 is an electret serving as a potential source, 4 is a charge recovery electrode, and 3 is a horizontal box-shaped charge carrier having an open left side. The width of the charge injection electrode and electret is 100 μm, and the width of the charge recovery electrode is 160 μm. The box-type charge carrier has a width of 80 μm and a height of 160 μm. The charge density of the electret is + 1.25E-5 (C / m 2 ), and the electric field strength with the injection electrode is about 1.0E + 6 (V / m). As a result, when the charge carrier passed through the injection electrode in electrical conduction, the amount of charge injected by electrostatic induction was −3.03E-13 (C).

この帯電した電荷搬送体3が、注入電極2を抜けて、回収電極4に入るまでに、電界から受ける静電気力のシミュレーション結果を図18に示す。この図から、該帯電電荷搬送体に働く静電気力は、エレクトレット1の手前では、右方向に約8.0E−8(N)であり、エレクトレット1を抜けた後は、左方向に約3.0E−8(N)であることが分かる。すなわち、重力のたとえで言えば、下りの重力の方が、上りの重力よりも、2倍以上大きいので、より高い地点まで登れる訳である。    FIG. 18 shows a simulation result of the electrostatic force received from the electric field before the charged charge carrier 3 passes through the injection electrode 2 and enters the recovery electrode 4. From this figure, the electrostatic force acting on the charged charge carrier is about 8.0E-8 (N) in the right direction before the electret 1 and about 3.3 in the left direction after exiting the electret 1. It turns out that it is 0E-8 (N). In other words, in terms of gravity, descending gravity is twice as large as upward gravity, so you can climb to a higher point.

図17で、該電界駆動型静電発電機の1ユニットを示したが、これを円板上に並べた1カセットを図19に示す。該カセットは、3枚の円板で構成されている。すなわち、上下の固定電極円板11,12と、その中間に回転自在にセットされた電荷搬送体円板10である。上下の固定電極円板には、図のように、電荷注入電極2、エレクトレット1、電荷回収電極4が、放射状に、上下固定円板に対抗して並べられている。電荷搬送体円板10が回転することで、その上に形成されている電荷搬送体3が、これらの間を順次、繰り返し通り抜けることで、発電がなされる。    FIG. 17 shows one unit of the electric field drive type electrostatic generator, and FIG. 19 shows one cassette in which the units are arranged on a disk. The cassette is composed of three discs. That is, the upper and lower fixed electrode disks 11 and 12 and the charge carrier disk 10 that is rotatably set between them. On the upper and lower fixed electrode discs, as shown in the figure, the charge injection electrode 2, the electret 1, and the charge collection electrode 4 are arranged radially in opposition to the upper and lower fixed discs. As the charge carrier disk 10 rotates, the charge carrier 3 formed on the disk 10 passes through them sequentially and repeatedly to generate electricity.

次に、非対称形帯電導体に作用する静電力の大きさ(絶対値)が、電界の方向が反転すると変わる現象を使う静電モータを、特許文献2の図25と図29を使って説明する。なお、次に紹介する別方式の静電モータと区別するため、以下この方式を電界平行移動型正殿モータと呼ぶ。    Next, an electrostatic motor that uses a phenomenon in which the magnitude (absolute value) of the electrostatic force acting on the asymmetrical charged conductor changes when the direction of the electric field is reversed will be described with reference to FIGS. . In order to distinguish from another type of electrostatic motor introduced next, this type of method is hereinafter referred to as an electric field parallel movement type motor.

図20は、電界平行移動型静電モータの電極の配置を示している。図中、1Eはエレクトレット、2L,2Rは、左右の接地電極を示す。エレクトレットと左右接地電極の間隔は1.2mmで、エレクトレットの電位は+1200Vである。エレクトレット及び左右接地電極の半径は5.0mmで、その中心に、半径0.21mmの孔21が空けられている。記号3は、その開口部を左に向けて横向きに置かれたカップ型移動子を示す。その半径は、0.2mmで、その幅(高さ)は0.3mmである。また、その厚みは0.01mmである。該カップが、左接地電極の孔を抜けるとき、導電糸22で、瞬間的に接地されたとき、静電誘導で、−5.2E−12(C)の電荷が注入される。    FIG. 20 shows the electrode arrangement of the electric field translational electrostatic motor. In the figure, 1E represents electrets, and 2L and 2R represent left and right ground electrodes. The distance between the electret and the left and right ground electrodes is 1.2 mm, and the electret potential is + 1200V. The electret and the left and right ground electrodes have a radius of 5.0 mm, and a hole 21 having a radius of 0.21 mm is formed at the center thereof. Symbol 3 indicates a cup type moving element placed sideways with its opening facing left. Its radius is 0.2 mm and its width (height) is 0.3 mm. The thickness is 0.01 mm. When the cup passes through the hole of the left ground electrode and is instantaneously grounded with the conductive thread 22, a charge of -5.2E-12 (C) is injected by electrostatic induction.

該カップ型帯電移動子が、左接地電極から、右接地電極に移動する間に、電界から受ける静電気力をシミュレーションすると図21のようになる。図から、エレクトレット1Eの手前では、右方向に強い静電力を受けるが、エレクトレット1Eを過ぎると、逆に、左方向に弱い静電力を受けることが分かる。この結果、右接地電極に到達したカップ型移動子には、運動エネルギーの形で、2.6E−9(J)のエネルギーが残される。このエネルギーを、移動子を加速するために使わなければ、モータ出力として外部に取り出すことができる。
特許文献2には、これ以上の記載はないが、先に、静電発電機の1カセットとして示した図19の、上下固定電極円板の電荷回収電極を外すだけで、実際の静電モータ装置ができる。
FIG. 21 shows a simulation of the electrostatic force received from the electric field while the cup-type charging mover moves from the left ground electrode to the right ground electrode. From the figure, it can be seen that a strong electrostatic force is received in the right direction before the electret 1E, but a weak electrostatic force is received in the left direction when the electret 1E is passed. As a result, 2.6E-9 (J) of energy is left in the form of kinetic energy in the cup-shaped moving element that has reached the right ground electrode. If this energy is not used for accelerating the mover, it can be taken out as motor output.
Although there is no further description in Patent Document 2, the actual electrostatic motor can be obtained simply by removing the charge recovery electrode of the upper and lower fixed electrode disks of FIG. 19 shown as one cassette of the electrostatic generator. I can make a device.

次に、別方式の静電モータを特許文献3の図8、図9で説明する。図22は、その基本構成を示している。すなわち、上下の平行平板電極11、12に電位差を与えて、上下方向に平行電界を形成し、その中間に、無帯電の、開口部を左に向けたカップ(箱、樋)型電極3をフロート状態で置くと、静電誘導された電荷に右方向に静電気力が働く。もちろん、上下(周)方向により強い静電力が働くが、その方向が反対なので互いに相殺してゼロになる。右方向のみならず、左方向にも静電力は働くが、左側面の面積が、右側面と比較して非常に狭いため、非常に弱く、トータルとして、右方向に力が働く。この結果、該カップ(箱、樋)型電極は右に移動する。すなわち、電界の垂直方向に移動する。そこで、この方式の静電モータを、電界垂直移動型静電モータと名づける。    Next, another type of electrostatic motor will be described with reference to FIGS. FIG. 22 shows the basic configuration. That is, a potential difference is applied to the upper and lower parallel plate electrodes 11 and 12 to form a parallel electric field in the vertical direction, and an uncharged cup (box, bowl) type electrode 3 with the opening portion facing left is provided in the middle. When placed in a floating state, an electrostatic force acts on the electrostatically induced charge in the right direction. Of course, a strong electrostatic force works in the vertical (circumferential) direction, but since the directions are opposite, they cancel each other and become zero. Although the electrostatic force works not only in the right direction but also in the left direction, the area on the left side is very narrow compared to the right side, so it is very weak and the force acts in the right direction as a whole. As a result, the cup (box, bowl) electrode moves to the right. That is, it moves in the vertical direction of the electric field. Therefore, this type of electrostatic motor is termed an electric field vertical movement type electrostatic motor.

図23に、その装置構成を示す。直径120mmの2枚の円板電極11、12を、0.32mmのスペーサを介して向かい合わせ、その中間に、樋型電極(移動子)3を放射状に形成した直径120mmの移動子円板10を、中心軸14に固定して回転自在に配置した。樋型電極の幅と高さは0.08mmである。
下固定電極12を接地し、上固定電極11に、+320Vを印加して、このモータ出力をシミュレーションしたところ、5mNであった。
FIG. 23 shows the apparatus configuration. Two disk electrodes 11 and 12 having a diameter of 120 mm face each other through a spacer of 0.32 mm, and a saddle-shaped electrode (moving element) 3 is formed radially between them. Was fixed to the central shaft 14 and arranged rotatably. The width and height of the saddle electrode are 0.08 mm.
When the lower fixed electrode 12 was grounded and +320 V was applied to the upper fixed electrode 11, and the motor output was simulated, it was 5 mN.

各種形状の非対称形導体の中で、Λ型がもっとも強い静電力を示し、電界の向きが反転したときの静電力の大きさ(絶対値)との差ももっとも大きいことが分かった(発見された)ので、[0036]〜[0038]に紹介した電界駆動型静電発電機において、樋(П)型電荷搬送体に代えて、Λ型電荷搬送体を使用した。そのとき、両電荷搬送体に作用する静電気力をシミュレーションで求めた。このとき使用した両電荷搬送体の側面図を図24に、また、シミュレーションを実施した位置を図25に示す。すなわち、今回は、図18(特許文献3の図12)や、図21(特許文献2の図29)に示される、電荷注入されてから、電荷回収されるまでの全工程をシミュレーションする代わりに、図25のA、B2点のみでシミュレーションを行った。なんとなれば、図18、図21から、この2点、すなわち中間地点、で作用する静電力が、それぞれ、電界反転前後の静電力の平均値とほぼ同じと判断されたからである。なお、注入電荷量は、−40nCとした。    Among asymmetrical conductors of various shapes, the Λ type showed the strongest electrostatic force, and it was found that the difference from the magnitude (absolute value) of the electrostatic force when the direction of the electric field was reversed was the largest (discovered) Therefore, in the electric field driven electrostatic generator introduced in [0036] to [0038], a Λ-type charge carrier was used instead of the П-type charge carrier. At that time, the electrostatic force acting on both charge carriers was determined by simulation. FIG. 24 shows a side view of both charge carriers used at this time, and FIG. 25 shows a position where the simulation was performed. That is, instead of simulating the entire process from charge injection to charge recovery shown in FIG. 18 (FIG. 12 of Patent Document 3) and FIG. 21 (FIG. 29 of Patent Document 2) this time. The simulation was performed using only points A and B2 in FIG. This is because, based on FIGS. 18 and 21, it is determined that the electrostatic force acting at these two points, that is, the intermediate point, is almost the same as the average value of the electrostatic force before and after the electric field inversion. The injected charge amount was −40 nC.

シミュレーション結果を図26に示す。なお、ここでは、電界形成用高圧電源1と、電荷注入用接地電源2間の電界を順電界、高圧電源1と電荷回収電源4間の電界を逆電界と呼んでいる。同図から、順電界で作用する静電力と、逆電界で作用する静電力の大きさの差は、Λ型電荷搬送体の方が、П(樋)型電荷搬送体の2倍以上であることが分かる。この差は、Λ型電荷搬送体の前面形状が、П(樋)型電荷搬送体の平面と異なり、凸状で電界が集中したために生じた。
この結果、電荷搬送体3が、電荷注入電極2を抜けて、高圧電極1を越え、電荷回収電極4に入るまでに、電荷搬送体3が電界から受け取るエネルギーは、従来のП(樋)型電荷搬送体に代えて新発見のΛ型電荷搬送体を使用することで、2倍以上となり、電界駆動型静電発電機の出力も、2倍以上になることは明らかである。
なお、今回は、電荷回収電極の電圧を、−3kVとしてシミュレーションしたが、これが発電電圧の上限ではない。順・逆電界で作用する静電力の絶対値の差は、まだ十分余裕があるので、−10kVでも可能である。
The simulation result is shown in FIG. Here, the electric field between the electric field forming high-voltage power supply 1 and the charge injection ground power supply 2 is called a forward electric field, and the electric field between the high-voltage power supply 1 and the charge recovery power supply 4 is called a reverse electric field. From the figure, the difference in magnitude between the electrostatic force acting in the forward electric field and the electrostatic force acting in the reverse electric field is more than twice that of the П (樋) type charge carrier. I understand that. This difference was caused by the fact that the front surface shape of the Λ-type charge carrier was convex and the electric field concentrated unlike the plane of the П (樋) -type charge carrier.
As a result, the energy that the charge carrier 3 receives from the electric field before passing through the charge injection electrode 2, over the high-voltage electrode 1, and into the charge collection electrode 4 is the conventional П (型) type It is clear that the use of the newly discovered Λ-type charge carrier instead of the charge carrier doubles and the output of the electric field driven electrostatic generator doubles.
In this case, the voltage of the charge recovery electrode was simulated as -3 kV, but this is not the upper limit of the generated voltage. The difference in the absolute value of the electrostatic force acting in the forward / reverse electric field is still sufficient, so it can be -10 kV.

[0039]〜[0041]に紹介した電界平行移動型静電モータにおいても、電界が反転したときの静電力の大きさ(絶対値)の差が大きいほど出力は大きくなるので、従来のП型移動子に代えて、新発見のΛ型移動子を使用すれば、該移動子に働く静電力は2倍以上になり、その結果、モータ出力も2倍以上になるはずである。    Also in the electric field translational electrostatic motor introduced in [0039] to [0041], the output increases as the difference in magnitude (absolute value) of the electrostatic force when the electric field is reversed. If a newly discovered Λ-type mover is used instead of the mover, the electrostatic force acting on the mover should be more than doubled, and as a result, the motor output should be more than doubled.

電界平行移動型静電モータと、電界駆動型静電発電機の電極配置は、図27に示すように、よく似ている。すなわち、前者では、接地電極対2と高圧電極(エレクトレット)対1が、交互に並べられるが、後者では、接地(電荷注入)電極対2と高圧電極(エレクトレット)対1と電荷回収電極対4が1組となって並べられる。どちらも、高圧電極(エレクトレット)1の前後で、電界の向きが反転する点では同じである。ただ、後者の場合には、該電荷回収電極対4には、高圧電極1と逆極性の電圧が印加されているため、この間の電界がより強くなっている。    As shown in FIG. 27, the electrode arrangements of the electric field translational electrostatic motor and the electric field drive type electrostatic generator are very similar. That is, in the former, the ground electrode pair 2 and the high-voltage electrode (electret) pair 1 are alternately arranged. In the latter, the ground (charge injection) electrode pair 2, the high-voltage electrode (electret) pair 1, and the charge recovery electrode pair 4 are arranged. Are arranged as a set. Both are the same in that the direction of the electric field is reversed before and after the high-voltage electrode (electret) 1. However, in the latter case, a voltage having a polarity opposite to that of the high-voltage electrode 1 is applied to the charge recovery electrode pair 4, so that the electric field therebetween is stronger.

そこで、図25に示す電界駆動型静電発電機のシミュレーションレイアウトで、電荷回収電極4の印加電圧を−3000Vから0Vに変えて右接地電極2とし、電界平行移動型静電モータのシミュレーションレイアウトとした。このレイアウト(図28)で、図24に示す形状のП型、Λ型に作用する静電力のシミュレーションを行った。その結果を図29に示す。順電界中で、右方向に働く静電気力は、П型が、27.1mN、Λ型が、32.2mNで、Λ型がより大きい。この差は、Λ型に電界が集中したためである。さらに、逆電界中で左方向に働く静電気力は、П型が、16.0mN、Λ型が、4.0mNで、Λ型が非常に小さい。この差は、裏面のシールド効果の違いに起因している。
この結果、順・逆電界を通して働く静電気力は、П型が、11.1mN、Λ型が、28.2mNとΛ型が2倍以上、3倍近くになった。この結果から、従来のП型移動子に代えて、新発見のΛ型移動子を使用することで、電界平行移動型静電モータの出力が2倍以上になることは明らかである。また、この静電気力をモータ出力として取り出さずに、移動子を加速し続ける静電加速器の場合にも、その最終速度がより速くなることは自明である。
Therefore, in the simulation layout of the electric field drive type electrostatic generator shown in FIG. 25, the applied voltage of the charge recovery electrode 4 is changed from −3000V to 0V to be the right ground electrode 2, and the simulation layout of the electric field parallel movement type electrostatic motor did. With this layout (FIG. 28), the electrostatic force acting on the П type and Λ type having the shape shown in FIG. 24 was simulated. The result is shown in FIG. In the forward electric field, the electrostatic force acting in the right direction is 27.1 mN for П type, 32.2 mN for Λ type, and larger for Λ type. This difference is due to the concentration of the electric field in the Λ type. Further, the electrostatic force acting in the left direction in the reverse electric field is 16.0 mN for П type, 4.0 mN for Λ type, and very small for Λ type. This difference is due to the difference in the shielding effect on the back surface.
As a result, the electrostatic force acting through the forward / reverse electric field was 11.1 mN for the П type, 28.2 mN for the Λ type, and more than twice or nearly 3 times for the Λ type. From this result, it is clear that the output of the electric field parallel movement type electrostatic motor is more than doubled by using the newly discovered Λ type mover instead of the conventional П type mover. It is also obvious that the final speed of the electrostatic accelerator continues to accelerate without moving the electrostatic force as a motor output.

図12に示すΛ型電極周囲の電界の分布から、シールド効果をさらに強め、左右の底面の面積を減らせば、下向きの力の大きさは、上向きの力の大きさより小さくなって、トータルの静電力は上向きになると予想される。そうなると、マイナスに帯電した導体は、電界と反対の向きに動くはずなのに、逆に、自動的に電界の向きに動くことになる。これは、電荷が、電界の力で、より静電ポテンシャルの高い方向に移動することを意味する。この現象は静電発電そのものなので、機械的なエネルギーを使うことなく、何百万ボルトでも自動的に発電できることになる。この静電発電方式を電界逆駆動型静電発電機と呼び、その模式説明図を、図16に示す。    From the distribution of the electric field around the Λ-type electrode shown in FIG. 12, if the shielding effect is further strengthened and the areas of the left and right bottom surfaces are reduced, the magnitude of the downward force becomes smaller than the magnitude of the upward force. Power is expected to go up. Then, the negatively charged conductor should move in the direction opposite to the electric field, but on the contrary, it automatically moves in the direction of the electric field. This means that the electric charge moves in the direction of higher electrostatic potential by the force of the electric field. Since this phenomenon is electrostatic power generation itself, it can automatically generate millions of volts without using mechanical energy. This electrostatic power generation method is called an electric field reverse drive electrostatic generator, and a schematic explanatory diagram thereof is shown in FIG.

その具体的な電荷搬送体の形状を図30に示す。Λ型の真ん中に平板31が加わった形状をしているが、これは、もちろんΛ型でもよい。ただし、その左右翼32、33の両端は、このように、x軸と平行ではなく、y軸と平行に切る必要がある。また、裏面に加えられた5枚の薄い垂直板は、シールド板34である。この存在により、裏面はほぼ完全にシールドされる。
図31は、該シールド板有無の電荷搬送体に−3.0nCの電荷を与えて、±2.08MV/mの電界中に置いたときこれに作用する静電気力を電界の反転前後で示したものである。シールド板34が無い時は、電界が反転すると、作用する静電気力の向きも反転し、その大きさは約1/2になるが、シールド板34があると、電界が反転しても、静電気力の向きは反転せず、小さいながらも元の方向に静電気力が残ることが分かる。なお、この詳細は、今後発行される下記の本に記載される予定である。
[参考文献1] “Asymmetric Electrostatic Forces and a New Electrostatic Generator”by Katsuo Sakai,Nova Science Publisher(New York),2010
The specific shape of the charge carrier is shown in FIG. The shape is such that the flat plate 31 is added in the middle of the Λ shape, but it may be of the Λ shape as a matter of course. However, both ends of the left and right wings 32 and 33 need to be cut in parallel with the y axis, not with the x axis. The five thin vertical plates added to the back surface are shield plates 34. Due to this presence, the back surface is almost completely shielded.
FIG. 31 shows the electrostatic force acting on the charge carrier with or without the shield plate when it is placed in an electric field of ± 2.08 MV / m before and after inversion of the electric field. Is. When there is no shield plate 34, when the electric field is reversed, the direction of the electrostatic force acting is also reversed, and the magnitude is about ½. It can be seen that the direction of the force does not reverse and the electrostatic force remains in the original direction although it is small. The details will be described in the following book to be issued in the future.
[Reference 1] “Asymmetric Electrostatic Forces and a New Electrostatic Generator” by Katsura Sakai, Nova Science Publisher (New York), 2010

[0042]〜[0043]に紹介した電界垂直移動型静電モータにおいては、横向き
のП型移動子を使用していた。この場合は、固定電界中に置かれた無帯電移動子に、電界と垂直方向に働く静電力を使用している。先に紹介した19個の異なる形状の導体に作用する静電力のシミュレーションは、該導体を帯電して行った。そのため、静電力が、電界の垂直方向に作用する結果はなかった。しかしながら、その中で、電界方向からの傾きが一番大きな形状の導体が、無帯電の場合に、電界の垂直方向に一番大きな静電力を示すと予想される。
In the electric field vertical movement type electrostatic motor introduced in [0042] to [0043], a horizontally oriented П type mover is used. In this case, an electrostatic force acting in a direction perpendicular to the electric field is used for an uncharged moving element placed in a fixed electric field. The simulation of the electrostatic force acting on the 19 differently shaped conductors introduced above was performed by charging the conductors. Therefore, there has been no result that the electrostatic force acts in the vertical direction of the electric field. However, it is expected that the conductor having the largest inclination from the electric field direction exhibits the largest electrostatic force in the vertical direction of the electric field when it is not charged.

そこで、19個の帯電導体に作用する静電力の電界方向からの傾きを示す図13を見ると、一番大きく傾いたのは、横置きのΛ型電極である。その大きさは、横置きのП型電極の約5倍である。この結果から、電界垂直移動型静電モータの移動子として、横置きのП型電極に代えて、横置きのΛ型電極を使用すれば、その出力は大幅に改善されると予測できる。    Therefore, looking at FIG. 13 showing the inclination of the electrostatic force acting on the 19 charged conductors from the direction of the electric field, the horizontally inclined Λ-type electrode is the most inclined. Its size is about 5 times that of the horizontal П electrode. From this result, it can be predicted that if a horizontal Λ-type electrode is used in place of the horizontal П-type electrode as the moving element of the electric field vertical movement type electrostatic motor, the output is greatly improved.

この予測を確認するために、図32に示すシミュレーションレイアウトで、横置きのП型電極と、横置きのΛ型電極に働く静電力を求めた。その結果を、図33に示す。左方向の力は、П型が、2.26mN、Λ型が、3.13mNとほとんど同じであったが、右方向の力は、П型が、3.01mN、Λ型が、10.42mNと、Λ型が、П型の3倍以上となった。この大きな違いは、Λ型に対する電界集中に起因している。この結果、両者を合わせた水平方向の静電気力は、П型が、0.75mN、Λ型が、7.29mNと、10倍近くもΛ型が強くなった。
なお、上下方向の静電力は、その大きさが等しく、その方向が反対なので、互いに相殺して、結局ゼロになる。しかし、その上方向の力を比較すると、П型が、16.54mN、Λ型が、5.21mNで、П型が、Λ型より3倍以上も強かった。Λ型の、45度に置かれた導板が、この上下方向の強い力を、一部水平方向に向けたと解釈できる。
In order to confirm this prediction, the electrostatic force acting on the horizontally placed П-type electrode and the horizontally placed Λ-type electrode was obtained in the simulation layout shown in FIG. The result is shown in FIG. The force in the left direction was almost the same as 2.13 mN for П type and 3.13 mN for Λ type, but the force in the right direction was 3.01 mN for П type and 10.42 mN for Λ type. And Λ type became more than 3 times of П type. This large difference is due to the electric field concentration for the Λ type. As a result, the electrostatic force in the horizontal direction combining both of them was 0.75 mN for the П type, 7.29 mN for the Λ type, and the Λ type was nearly ten times stronger.
Since the electrostatic forces in the vertical direction are equal in magnitude and opposite in direction, they cancel each other and eventually become zero. However, comparing the upward force, the П type was 16.54 mN, the Λ type was 5.21 mN, and the П type was more than three times stronger than the Λ type. It can be interpreted that the Λ-shaped guide plate placed at 45 degrees directed this strong vertical force partially in the horizontal direction.

実施例4の電界垂直移動型静電モータは、移動子の形状は異なったが、装置構成は特許文献3の電界垂直移動型静電モータと同じで、図23に示す構造をしている。すなわち、固定電極円板11、12間に、放射状に、横向きΛ型電極(移動子)3を多数配置した回転自在な移動子円板10を配している。図示していないが、上電極11は高圧電源に、スイッチを介して接続されている。一方、下電極12は常時接地されている。移動子円板は、その中間で、電気的にフロート状態に置かれている。なお、移動子円板は、導体の1枚板から、打ち抜き加工と折り曲げ加工で機械的に安価に簡単に精度良く作製できる。    The electric field vertical movement type electrostatic motor of Example 4 has the same structure as the electric field vertical movement type electrostatic motor disclosed in Patent Document 3, but has the structure shown in FIG. That is, a rotatable movable disk 10 having a large number of laterally oriented Λ-type electrodes (movable elements) 3 arranged radially is disposed between the fixed electrode disks 11 and 12. Although not shown, the upper electrode 11 is connected to a high voltage power source via a switch. On the other hand, the lower electrode 12 is always grounded. The mover disk is electrically floated in the middle. The mover disk can be mechanically inexpensively and easily manufactured with high accuracy from a single conductor plate by punching and bending.

移動子円板10を無帯電の状態で、上電極11に電圧を印加すると、移動子円板10は、水平方向の静電気力を受けて、横向きΛ型電極の先端方向に回転始める。この場合、回転する移動子円板10に加わる空気抵抗と、移動子円板10とその支持体間の動摩擦抵抗が問題になる。空気抵抗は、該静電モータの内部を減圧して減少させることができる。一方、摩擦抵抗は、該移動子円板10に加わる重力以上の上向きの静電力を該移動子円板10に加えることで解消できる。    When a voltage is applied to the upper electrode 11 while the mover disc 10 is uncharged, the mover disc 10 receives a horizontal electrostatic force and starts rotating in the tip direction of the lateral Λ-type electrode. In this case, air resistance applied to the rotating moving disk 10 and dynamic friction resistance between the moving disk 10 and its support are problematic. Air resistance can be reduced by reducing the pressure inside the electrostatic motor. On the other hand, the frictional resistance can be eliminated by applying an upward electrostatic force applied to the mover disk 10 that is greater than the gravity applied to the mover disk 10.

この目的で、特許文献4の実施例3(電界駆動型静電発電機)では、電荷搬送体電極の形成されない、中央部分で、該円板の表裏と、対応する筐体の表面に同極性のエレクトレットを形成させて、静電斥力で、該円板を静電浮上させている。しかしながら、エレクトレットの形成には、それなりに、時間も手間もコストもかかるので望ましい手段とは言えない。特に、本実施例の場合は、移動子円板10を1枚の導体板から作製するのでエレクトレットの形成は不可能である。    For this purpose, in Example 3 (electric field drive type electrostatic generator) of Patent Document 4, at the center portion where the charge carrier electrode is not formed, the front and back of the disk and the surface of the corresponding casing have the same polarity. The disc is electrostatically levitated by electrostatic repulsion. However, the formation of electrets is not a desirable means because it takes time, labor and cost. In particular, in the case of the present embodiment, since the mover disk 10 is made from one conductor plate, it is impossible to form an electret.

そこで、該移動子円板10にマイナス電荷を与えて、水平方向に加えて垂直方向の静電気力を発生させることとした。図34に、1個の横向きΛ型電極に与えた電荷量と、そのとき、該横向きΛ型電極に加わる水平(右)、及び垂直(上)方向の静電気力(FrとFup)を示す。この図から、上向きの静電気力は注入電荷量に正比例することが分かる。故に、注入電荷量を制御することで、容易に正確に、上向きの静電気力を与えることができる。なお、電荷を注入することで、上向きの静電力のみならず、モータの推進力となる(右向きの)水平方向の静電力も増加することが明らかである。    Therefore, a negative charge is applied to the moving disk 10 to generate an electrostatic force in the vertical direction in addition to the horizontal direction. FIG. 34 shows the amount of charge applied to one lateral Λ-type electrode and the horizontal (right) and vertical (upward) electrostatic forces (Fr and Fup) applied to the lateral Λ-type electrode. From this figure, it can be seen that the upward electrostatic force is directly proportional to the injected charge amount. Therefore, an upward electrostatic force can be applied easily and accurately by controlling the injection charge amount. In addition, it is apparent that by injecting electric charges, not only the upward electrostatic force but also the horizontal electrostatic force (rightward) which is the driving force of the motor is increased.

電荷は、静電誘導(電荷注入)で容易に与えることができる。すなわち、移動子円板10と下接地電極12を電気的に導電糸等で一時的に接続し、上電極10に正電圧を印加すると、負電荷(電子)が静電誘導されて移動子円板10に注入される。図35に、印加電圧と1個の横向きΛ型電極に注入される電荷量の関係を示す。同図から、注入電荷量は、上電極11に印加された電圧に正比例することが分かる。上向きの静電力は、注入電荷量に正比例するため、結局、上向きの静電気力は、電荷注入時の印加電圧に正比例することになる。    The electric charge can be easily given by electrostatic induction (charge injection). That is, when the mover disk 10 and the lower ground electrode 12 are temporarily electrically connected with a conductive thread or the like and a positive voltage is applied to the upper electrode 10, negative charges (electrons) are electrostatically induced and the mover circle Injected into the plate 10. FIG. 35 shows the relationship between the applied voltage and the amount of charge injected into one lateral Λ-type electrode. From the figure, it can be seen that the injected charge amount is directly proportional to the voltage applied to the upper electrode 11. Since the upward electrostatic force is directly proportional to the injected charge amount, the upward electrostatic force is eventually directly proportional to the applied voltage at the time of charge injection.

シミュレーションで使用した1個の横向きΛ型電極に加わる重力は、その体積と比重(材質をアルミとして2.7とした。)から計算すると、47.8mNになる。図34と比較するとかなり大きな値で、必要と見込まれる注入電荷量は、約−80nCである。しかしながら、シミュレーションを容易にするために、移動子電極の厚さとして、1.5mmと1.06mmを使用したが、実際には、0.1mmの板圧でよいと思われる、そのとき、1個の移動子電極の重さは、1/10の、4.8mNになるので、必要な注入電荷量は、図から−8nCになる。このとき、必要な電圧は、図35から、5kVである。    The gravity applied to one lateral Λ-type electrode used in the simulation is 47.8 mN when calculated from its volume and specific gravity (the material is 2.7 for aluminum). Compared with FIG. 34, it is a considerably large value, and the injection charge amount expected to be necessary is about −80 nC. However, in order to facilitate the simulation, 1.5 mm and 1.06 mm were used as the thickness of the mover electrode, but in reality, a plate pressure of 0.1 mm may be sufficient. Since the weight of each mover electrode is 1/10, that is, 4.8 mN, the necessary injection charge amount is −8 nC from the figure. At this time, the necessary voltage is 5 kV from FIG.

なお、これは1個の単体移動子をそこに働く重力に抗して静電浮上させるために必要な、電荷量・電圧で、移動子円板の移動子以外の部分の重さも考慮すると、この2倍程度が適正量と考えられる。
また、注入された電荷は、特に、周りが真空状態のときは、長く維持されるので、電荷注入は、たとえば、毎日、立ち上げ時に1回実施すればよい。
そして、この方法は、Λ型移動子の場合にもっとも効果的ではあるが、他の形状でも可能である。
It should be noted that this is the amount of charge and voltage required to electrostatically levitate a single movable element against the gravity acting on it, and considering the weight of the part other than the movable element of the movable element disk, About twice this is considered an appropriate amount.
In addition, since the injected charge is maintained for a long time, particularly when the surroundings are in a vacuum state, the charge injection may be performed once every day, for example, at startup.
This method is most effective in the case of a Λ-type mover, but other shapes are possible.

実施例4(移動子無帯電)の電界垂直移動型静電モータは、図23に示すように装置が簡単でよい。しかも、操作も簡単で、上固定電極11に電圧を印加するのみでよい。そして、電圧を切れば、自動的に止まる。しかし、止まるまでにはある程度の時間が必要である。使用方法によっては、問題にならないが、即座に止めることが必要な場合もある。そのためには、機械的なブレーキ、たとえば、自動車に使用されているようなディスクブレーキが必要である。    As shown in FIG. 23, the electric field vertical movement type electrostatic motor of Example 4 (no moving element charging) may be simple. Moreover, the operation is simple, and it is only necessary to apply a voltage to the upper fixed electrode 11. And when the voltage is turned off, it stops automatically. However, it takes some time to stop. Depending on the method of use, this is not a problem, but it may be necessary to stop immediately. This requires mechanical brakes, for example disc brakes such as those used in automobiles.

しかし、本体自身が非常にシンプルな構成なので、ディスクブレーキを加えて複雑な構成にすることは避けたい。また、用途によっては、ブレーキのみならず、逆回転も必要な場合もある。たとえば、自動車の車輪の直接駆動装置として使用する場合、逆回転ができなければ、後退時には、ギヤの組み合わせを変える必要がある。しかしながら、モータ自身が逆回転可能であれば、複雑なギヤの組み合わせ装置は不要になる。However, since the main unit itself is very simple, I want to avoid making it complicated by adding a disc brake. Depending on the application, not only the brake but also the reverse rotation may be required. For example, when used as a direct drive device for automobile wheels, if reverse rotation is not possible, it is necessary to change the combination of gears when reversing. However, if the motor itself can rotate in the reverse direction, a complicated gear combination device is not necessary.

そこで、該静電モータの誘導子の形状を少し変えるだけで、ブレーキも逆回転も、複雑な装置を追加せずに、電圧印加手段のみで可能とした。その形状を図36に示す。すなわち、図32の右側に示す横置きΛ型移動子の上下を絶縁体をはさんで電気的に分離した形状である。以下この形状を上下分離Λ型と呼ぶ。    Therefore, only by slightly changing the shape of the inductor of the electrostatic motor, braking and reverse rotation can be performed only by voltage applying means without adding a complicated device. The shape is shown in FIG. That is, the horizontal Λ-type movable element shown on the right side of FIG. 32 is electrically separated by sandwiching an insulator. Hereinafter, this shape is referred to as a vertical separation Λ type.

図36に示す電極と移動子の配置で、上電極に+25500Vを印加し、下電極を接地し、該移動子の上斜め板に−10nC、下斜め板に+10nCを入れて、該移動子に働く静電力をシミュレーションしたところ、上下方向の合算静電力はゼロで、水平方向の静電力は、+6.47mN(右方向)となった。
次に、上電極を接地し、下電極に+25500Vを印加して、電界の向きを反転させて、該移動子に働く静電力をシミュレーションしたところ、上下方向の合算静電力はゼロで、水平方向の静電力は、−5.84mN(左方向)となった。すなわち、該移動子に作用する静電力の向きが、電界の反転とともに反転したわけである。
ゆえに、上下分離Λ型移動子を使用する、電界垂直移動型静電モータでは、上下電極に加える電圧を切り替えるのみで、ブレーキ力、ひいては逆回転力を発生させることができる。なお、言うまでもないことではあるが、実施例4の単体Λ型移動子では、電界を反転させても、静電力はまったく変わらない。なんとならば、電界で静電誘導された正負電荷も、電界の反転に応じてお互いに入れ替わるだけだからである。
In the arrangement of the electrode and the mover shown in FIG. 36, + 25500V is applied to the upper electrode, the lower electrode is grounded, -10 nC is placed on the upper oblique plate of the mover, and +10 nC is placed on the lower oblique plate. When the working electrostatic force was simulated, the combined electrostatic force in the vertical direction was zero, and the electrostatic force in the horizontal direction was +6.47 mN (right direction).
Next, when the upper electrode is grounded, + 25500V is applied to the lower electrode, the direction of the electric field is reversed, and the electrostatic force acting on the moving element is simulated, the total electrostatic force in the vertical direction is zero, and the horizontal direction The electrostatic force of was -5.84 mN (left direction). That is, the direction of the electrostatic force acting on the moving element is reversed with the reversal of the electric field.
Therefore, in the electric field vertical movement type electrostatic motor using the vertical separation Λ type moving element, it is possible to generate the braking force and thus the reverse rotational force only by switching the voltage applied to the upper and lower electrodes. Needless to say, in the single Λ-type movable element of Example 4, the electrostatic force does not change at all even if the electric field is reversed. This is because the positive and negative charges electrostatically induced by the electric field are simply switched to each other according to the inversion of the electric field.

単体Λ型移動子を使用する電界垂直移動型静電モータでは、実施例5のように、そこに、適当量の電荷を加えることで、上向きの静電力を付与することができた。同様に、上下分離Λ型移動子でも、上向きの静電力を付与できれば、非常に便利である。
そこで、図36に示す電極と移動子の配置で、上電極に+25500Vを印加し、下電極を接地し、該移動子の上斜め板に−15nC、下斜め板に+10nCを入れて、該移動子に働く静電気力をシミュレーションしたところ、水平方向の静電気力は、+7.28mN(右方向)で、上下方向の合算静電力は+3.08mN(上方向)となった。さらに、上斜め板の電荷量を−15nCから−20nCに増やしたところ、水平方向の静電力は、+8.15mNで、上下方向の合算静電力は+6.35mNとなった。すなわち、上下分離Λ型移動子でも、上斜め板に入れる電荷の絶対値を、下斜め板に入れる電荷の絶対値より適正量大きくすれば、、目的とする任意の上向きの静電力を付加することができる。
In an electric field vertical movement type electrostatic motor using a single Λ-type mover, an upward electrostatic force could be applied by adding an appropriate amount of electric charge thereto as in Example 5. Similarly, a vertically separated Λ-type mover is very convenient if an upward electrostatic force can be applied.
Therefore, in the arrangement of the electrode and the mover shown in FIG. 36, + 25500V is applied to the upper electrode, the lower electrode is grounded, -15 nC is placed on the upper oblique plate of the mover, and +10 nC is placed on the lower oblique plate. When the electrostatic force acting on the child was simulated, the electrostatic force in the horizontal direction was +7.28 mN (right direction), and the combined electrostatic force in the vertical direction was +3.08 mN (upward direction). Furthermore, when the charge amount of the upper diagonal plate was increased from −15 nC to −20 nC, the horizontal electrostatic force was +8.15 mN, and the combined electrostatic force in the vertical direction was +6.35 mN. In other words, even in the case of the vertical separation Λ type mover, if the absolute value of the charge put into the upper oblique plate is made an appropriate amount larger than the absolute value of the charge put into the lower oblique plate, any desired upward electrostatic force is added. be able to.

次に、電界垂直移動型静電モータの誘導子の形状を少し変えるだけで、ブレーキも逆回転も、複雑な装置を追加せずに、電圧印加手段のみで可能とする別の形状を図37に示す。横向きのΛ型移動子の、下方の斜め板を左右反転させ、元の上の斜め板と、左右反転させた下の斜め板を、平板でつないだ形状である。以下、斜めN型と呼ぶ。これに、−40nCの電荷を与えて、上から下、またはその逆に向かう均一電界中に置いたときの、その10個の表面に集まる電荷量を、模擬的に図38に示す。図中、黒丸ひとつは、−1.0nCの電荷量を示す。    Next, FIG. 37 shows another shape in which the brake and reverse rotation can be performed only by voltage application means without adding a complicated device by slightly changing the shape of the inductor of the electric field vertical movement type electrostatic motor. Shown in In the horizontal Λ-type movable element, the lower diagonal plate is horizontally reversed, and the original upper diagonal plate and the horizontally inverted lower diagonal plate are connected by a flat plate. Hereinafter, it is referred to as an oblique N type. FIG. 38 schematically shows the amount of charge collected on the ten surfaces when a charge of −40 nC is applied thereto and placed in a uniform electric field directed from top to bottom or vice versa. In the figure, one black circle indicates a charge amount of −1.0 nC.

図から、上電極に+25500Vが印加されたときは、−40nCのうちの6割に近い−23nCが、右上の表面に集中し、逆に、下電極に+25500Vが印加されたときには、やはり6割に近い−23nCが左下の表面に集中したことが分かる。すなわち、電界の向きが反転したことによって、誘導子電極中で、右上から左下への電荷の大移動が起こったわけである。この結果、電界の反転前には、該移動子に加わる静電気力は、上方向に、24.59mN、右方向に17.27mNだったのが、電界が反転すると、下方向に24.24mN、左方向に14.72mNとなった。この左方向の静電力がブレーキ力となるわけである。    From the figure, when +25500 V is applied to the upper electrode, -23 nC, which is close to 60% of −40 nC, is concentrated on the upper right surface, and conversely, when +25500 V is applied to the lower electrode, 60% is also applied. It can be seen that -23 nC close to is concentrated on the lower left surface. That is, a large charge transfer from the upper right to the lower left occurred in the inductor electrode due to the reversal of the direction of the electric field. As a result, before the inversion of the electric field, the electrostatic force applied to the moving element was 24.59 mN in the upward direction and 17.27 mN in the right direction. However, when the electric field is inverted, the electrostatic force is 24.24 mN in the downward direction. It was 14.72 mN in the left direction. This electrostatic force in the left direction becomes the braking force.

そして、下電極への電圧をそのまま保持すれば、移動子円板は、いったん停止してから、逆方向に回転始める。なお、この場合、今まで上向きに働いて、重力に抗して、該移動子円板を静電浮上させていた静電力が、向きを変えて下向きに働き、重力とともに、該移動子円板の軸の先端を、支持体に押し付けるので、摩擦抵抗が発生して、回転力はその分弱くなる。    Then, if the voltage to the lower electrode is kept as it is, the moving disk stops and then starts to rotate in the reverse direction. In this case, the electrostatic force that has worked so far up to electrostatically levitating the moving disk against the gravity changes its direction and works downward, along with the gravity. Since the tip of the shaft is pressed against the support, frictional resistance is generated, and the rotational force is reduced accordingly.

なお、この目的、ブレーキと逆回転、を達成するための移動子の形状は、上下分離Λ型、斜めN型に限らない。図38より直感的に理解されるように、進行方向に向かって、右上と、左下に斜めの形状の導電性面が含まれていればよいわけである。たとえば、図39Aに示すひし形でも、さらに、同図Bに示す、進行方向の最前面と最後面に斜め形状を有するひし形でもよい。この場合、その内部は導体、金属で構成する必要はないので、プラスチック性のひし形の表面を導電性塗料でコーティングすればよく、軽い移動子を低コストに作製することができる。    It should be noted that the shape of the mover for achieving this purpose, the reverse rotation with the brake, is not limited to the vertically separated Λ type and the diagonal N type. As can be understood intuitively from FIG. 38, it is only necessary to include conductive surfaces having slanted shapes in the upper right and lower left in the traveling direction. For example, the rhombus shown in FIG. 39A or the rhombus having an oblique shape on the forefront and rearmost surfaces in the traveling direction shown in FIG. In this case, since it is not necessary to form the inside with a conductor or a metal, the surface of the plastic rhombus may be coated with a conductive paint, and a light movable element can be manufactured at low cost.

実施例6,7で示したように、上下分離Λ型移動子を使用することで、ブレーキ力・逆回転力を与えるとともに、上方向の静電力を付加することができる。ここでは、それが可能となる別の形状を紹介する。すなわち、図40に示す形状で、図37の移動子を左右反転させて絶縁体をはさんでもとの移動子と合体させた形状である。    As shown in the sixth and seventh embodiments, the use of the vertically separated Λ-type mover can give a braking force and a reverse rotational force and can add an upward electrostatic force. Here, we introduce another shape that makes it possible. That is, in the shape shown in FIG. 40, the moving member of FIG. 37 is reversed left and right so that the insulating member is sandwiched between the moving member and the original moving member.

この場合、4枚の斜め導電板は電気的に絶縁されるが、右上と左下、右下と左上は図のように別途接続される。この結果、上電極に+25500Vが印加され、下電極が接地されたとき、右上斜め板に集中していた負電荷と、右下斜め板に集中していた正電荷は、上下電極の印加電圧が反転されて、電界が反転したとき、それぞれ、左下斜め板と左上斜め板に移動する。この結果、左方向の水平静電力が発生して、ブレーキ力、ひいては逆回転力となる。    In this case, the four oblique conductive plates are electrically insulated, but the upper right and lower left and the lower right and upper left are separately connected as shown in the figure. As a result, when + 25500V is applied to the upper electrode and the lower electrode is grounded, the negative charge concentrated on the upper right diagonal plate and the positive charge concentrated on the lower right diagonal plate are applied to the upper and lower electrodes. When the electric field is reversed by reversing, it moves to the lower left diagonal plate and the upper left diagonal plate, respectively. As a result, a horizontal electrostatic force in the left direction is generated, resulting in a braking force and thus a reverse rotational force.

本発明の特徴のひとつは、先に[0047]で述べたように、電界駆動型静電発電機(本願実施例1)と電界平行移動型静電モータ(本願実施例2)の電極構成(配置)が図27に示すようによく似ていることである。それゆえ、印加電圧を切り替えるだけで、電界駆動型静電発電機を電界平行移動型静電モータに切り替えることができる。具体的には、図27Aにおいて、回収電極4に印加している電圧(−3000V)を接地にすればよいだけである。この結果、同図Bに示す静電モータと同一の電極配置になることが分かる。この場合、新たに接地した電極と、もともとの接地電極の間には電界が形成されず、ムダな領域となり、その分、出力は低下するが、実に簡単な方法である。    One of the features of the present invention is that, as described above in [0047], the electrode configuration of the electric field drive type electrostatic generator (the first embodiment of the present invention) and the electric field parallel movement type electrostatic motor (the second embodiment of the present invention) The arrangement is very similar as shown in FIG. Therefore, the electric field drive type electrostatic generator can be switched to the electric field parallel movement type electrostatic motor only by switching the applied voltage. Specifically, in FIG. 27A, the voltage (−3000 V) applied to the collection electrode 4 need only be grounded. As a result, it can be seen that the same electrode arrangement as that of the electrostatic motor shown in FIG. In this case, an electric field is not formed between the newly grounded electrode and the original ground electrode, resulting in a wasteful region, and the output is reduced correspondingly, but this is a simple method.

もちろん、モータとして、外部に、その出力を取り出すためには、多少の追加部品が必要である。しかしながら、自分自身、すなわち、誘導子円板を回転させるだけであれば、追加部品はなにもいらない。たとえば、停止状態から、静電発電を再開する場合、まず、モータ機能で、目標の回転数、たとえば、1000rpmまで、回転を上げておいてから、発電機能に切り替えると非常にスムーズである。なお、発電機能でも、設計上、得られるエネルギーをすべて発電に割り当てず、多少、モータ機能に残しているので、いきなり発電機能に入っても立ち上げ可能ではある。
また、この切り替え方法では、高圧電極に代えて、エレクトレットが使用されていても、まったく問題なく実施できる。
Of course, some additional parts are required to extract the output of the motor to the outside. However, if you only rotate yourself, that is, the inductor disk, you do not need any additional parts. For example, when restarting electrostatic power generation from a stopped state, it is very smooth when the motor function is first used to increase the rotation to a target rotation speed, for example, 1000 rpm, and then switched to the power generation function. Even in the power generation function, all the energy obtained in the design is not allocated to the power generation, and is left in the motor function to some extent, so it can be started even if it suddenly enters the power generation function.
In addition, this switching method can be carried out without any problems even if electrets are used instead of the high voltage electrodes.

電界駆動型静電発電機の各電極に印加する電圧を切り賛えて電界垂直移動型静電モータにする方法もある。すなわち、図41に示すように、上固定電極円板の電荷注入電極2と電荷回収電極4の電圧を高圧電極1の電圧に切り替え、下固定電極円板の高圧電極1と電荷回収電極4の電圧を電荷注入電極2の電圧に切り替える、すなわち、接地する方法である。この結果、上固定電極円板と下固定電極円板間には、上から下に向かう電界が形成される。この状態は、[0042]で紹介した特許文献3の電界垂直移動型静電モータの状態と近似している(図22参照)。この結果、図41に示す各移動子には右向きの静電力が働き移動子円板は回転始める。
この方法は、実施例10と同様に、静電発電機を、一時的に、静電モータとして使用する場合にも、静電発電機の急速な立ち上げにも有効である。
なお、この方法は、高圧発生源としてエレクトレットを使用している場合は、実行できない。エレクトレットを接地できないからである。
There is also a method in which a voltage applied to each electrode of an electric field drive type electrostatic generator is praised to make an electric field vertical movement type electrostatic motor. That is, as shown in FIG. 41, the voltage of the charge injection electrode 2 and the charge recovery electrode 4 of the upper fixed electrode disk is switched to the voltage of the high voltage electrode 1, and the voltage of the high voltage electrode 1 and the charge recovery electrode 4 of the lower fixed electrode disk is changed. This is a method of switching the voltage to the voltage of the charge injection electrode 2, that is, grounding. As a result, an electric field from the top to the bottom is formed between the upper fixed electrode disk and the lower fixed electrode disk. This state is similar to the state of the electric field vertical movement type electrostatic motor of Patent Document 3 introduced in [0042] (see FIG. 22). As a result, a rightward electrostatic force acts on each moving element shown in FIG. 41, and the moving element disk starts to rotate.
Similar to the tenth embodiment, this method is effective when the electrostatic generator is temporarily used as an electrostatic motor and also when the electrostatic generator is rapidly started up.
Note that this method cannot be executed when an electret is used as a high pressure generation source. This is because the electret cannot be grounded.

一方、電界平行移動型静電モータを電界駆動型静電発電機に切り替えるのは、可能ではあるが、1箇所の電極の電圧切り替えのみでは実施できない。図42に、図示したように、接地電極2と高圧電極1の1組おきに、両電極の回収電極4化、すなわち、印加電圧を、0Vと61500Vから、それぞれ−3000Vに切り替える必要がある。このためには、もともと、接地電極2と、高圧電極1を1組おきに互いに別の配線にしておく必要がある。    On the other hand, although it is possible to switch the electric field parallel movement type electrostatic motor to the electric field drive type electrostatic generator, it cannot be performed only by switching the voltage of one electrode. As shown in FIG. 42, every other pair of the ground electrode 2 and the high-voltage electrode 1, it is necessary to make both electrodes into the collection electrode 4, that is, to change the applied voltage from 0V and 61500V to −3000V, respectively. For this purpose, the ground electrode 2 and the high-voltage electrode 1 are originally required to be separated from each other for each pair.

静電モータで、発電する必要があるのは、高圧電極からのリーク電流を補う必要があるからである。もちろん、外部電源に接続されている場合にはその必要はないが、内部の独立した高圧電源を使用する場合には、そのリーク分を補わなければならない。その量は、微小(nAオーダー)と予想されるので、全電極を、発電モードに切り替える代わりに、上下固定電極円板11、12の一部を発電電極配置に置き換えて、移動子円板10の1回転ごとに、少しずつ発電する方が、総合的に判断してよいと思われる。
また、図23に示す、上下1枚板の固定電極11、12を使用する実施例4の電界垂直移動型静電モータでは、印加電圧を切り替えて静電発電させることは、不可能である。それゆえ、この場合にも、上下の、固定電極の一部を空けてそこに静電発電用の電極を組み込むのが現実的である。
The reason why it is necessary to generate electric power with the electrostatic motor is that it is necessary to compensate for the leakage current from the high voltage electrode. Of course, this is not necessary when it is connected to an external power supply, but when using an internal high-voltage power supply, the leakage must be compensated. Since the amount is expected to be very small (nA order), instead of switching all the electrodes to the power generation mode, a part of the upper and lower fixed electrode disks 11 and 12 is replaced with the power generation electrode arrangement, and the moving disk 10 It seems that it is better to make a comprehensive decision to generate electricity little by little for each rotation.
Further, in the electric field vertical movement type electrostatic motor of the fourth embodiment using the fixed electrodes 11 and 12 of the upper and lower single plates shown in FIG. 23, it is impossible to switch the applied voltage to generate electrostatic electricity. Therefore, in this case as well, it is realistic to leave a part of the upper and lower fixed electrodes and incorporate the electrodes for electrostatic power generation there.

クーロンの法則の説明図  Illustration of Coulomb's law 形状の異なる19個の導体を構成する基本板の俯瞰図  A bird's-eye view of the basic plate that makes up 19 conductors with different shapes 基本板の配置角度を示す側面図  Side view showing basic board placement angle 形状の異なる19個の導体の側面図(その1)  Side view of 19 conductors with different shapes (Part 1) 形状の異なる19個の導体の側面図(その2)  Side view of 19 conductors with different shapes (Part 2) 形状の異なる19個の導体に作用する静電気力をシミュレーションするための電極と導体の配置図  Layout diagram of electrodes and conductors for simulating electrostatic force acting on 19 conductors with different shapes 4つの角度に配置された基本板の表面に作用する静電力の方向を示す模式図  Schematic diagram showing the direction of electrostatic force acting on the surface of the basic plate arranged at four angles 形状の異なる19個の帯電導体に作用する静電気力の大きさを示すグラフ  Graph showing the magnitude of electrostatic force acting on 19 charged conductors with different shapes 電界が反転したときに、19個の帯電導体に働く静電気力の大きさを示すグラフ  Graph showing the magnitude of electrostatic force acting on 19 charged conductors when the electric field is reversed 電界反転前後で、19個の帯電導体に働く静電気力の大きさの差を示すグラフ  Graph showing the difference in magnitude of electrostatic force acting on 19 charged conductors before and after electric field reversal Λ型とT型帯電導体の周辺の電界の様子を示した模式図  Schematic diagram showing the electric field around the Λ-type and T-type charged conductors Λ型と―型帯電導体の周辺の電界の様子を示した模式図  Schematic diagram showing the state of the electric field around the Λ-type and -type charged conductors 形状の異なる19個の帯電導体に働く静電気力の向きを示すグラフ  Graph showing the direction of electrostatic force acting on 19 charged conductors with different shapes 横向きにしたΛ型と\型帯電導体の周辺の電界の様子を示した模式図  Schematic diagram showing the electric field around the Λ-type and \ -type charged conductors バンデグラーフ型静電発電機の説明図(従来例)  Illustration of Van de Graaff type electrostatic generator (conventional example) 新旧静電発電機の基本原理説明図  Basic principle diagram of old and new electrostatic generators 電界駆動型静電発電機の1ユニットの電極配置を示す模式図(従来例)  Schematic diagram showing the electrode arrangement of one unit of an electric field driven electrostatic generator (conventional example) 電界駆動型静電発電機の電荷搬送体が、注入電極から回収電極に至る行程で電界から受ける静電力を示すグラフ(従来例)  A graph showing the electrostatic force that the charge carrier of the electric field driven electrostatic generator receives from the electric field in the process from the injection electrode to the recovery electrode (conventional example) 電界駆動型静電発電機の装置構成を示す模式図(従来例)  Schematic diagram showing the configuration of an electric field driven electrostatic generator (conventional example) 電界平行移動型静電モータの電極の配置を示す模式図(従来例)  Schematic diagram showing the arrangement of the electrodes of the electric field translational electrostatic motor (conventional example) カップ型帯電移動子が、左接地電極から、右接地電極に移動する行程で、電界から受ける静電気力を示すグラフ(従来例)  Graph showing the electrostatic force received from the electric field during the process of moving the cup-type charging mover from the left ground electrode to the right ground electrode (conventional example) 電界垂直移動型静電モータの電極の配置を示す模式図(従来例)  Schematic diagram showing the arrangement of the electrodes of an electric field vertical movement type electrostatic motor (conventional example) 電界垂直移動型静電モータの装置構成を示す模式図(従来例)  Schematic diagram showing the configuration of an electric field vertical displacement electrostatic motor (conventional example) П型電荷搬送体と、Λ型電荷搬送体の側面図  Side view of П-type charge carrier and Λ-type charge carrier 電界駆動型静電発電機の1ユニットにおける、П型電荷搬送体と、Λ型電荷搬送体の配置を示す模式図  Schematic diagram showing the arrangement of a П-type charge carrier and a Λ-type charge carrier in one unit of an electric field driven electrostatic generator 電界駆動型静電発電機の1ユニットにおいて、П型電荷搬送体と、Λ型電荷搬送体に、順方向電界と逆方向電界中で働く静電力を示すグラフ  Graph showing electrostatic force acting on forward and reverse electric fields on П-type charge carrier and Λ-type charge carrier in one unit of electric field driven electrostatic generator 電界平行移動型静電モータと、電界駆動型静電発電機の電極配置を示す模式図  Schematic diagram showing the electrode arrangement of an electric field translational electrostatic motor and an electric field driven electrostatic generator 電界平行移動型静電モータの1ユニットにおける、П型電荷搬送体と、Λ型電荷搬送体の配置を示す模式図  Schematic diagram showing the arrangement of a П-type charge carrier and a Λ-type charge carrier in one unit of an electric field translational electrostatic motor 電界平行移動型静電モータの1ユニットにおいて、П型電荷搬送体と、Λ型電荷搬送体に、順方向電界と逆方向電界中で働く静電力を示すグラフ  A graph showing electrostatic force acting on a П-type charge carrier and a Λ-type charge carrier in a forward electric field and a reverse electric field in one unit of an electric field translational electrostatic motor 電界逆駆動型静電発電機の電荷搬送体の側面図  Side view of charge carrier of electric field reverse drive type electrostatic generator 電界逆駆動型静電発電機の1ユニットにおいて、裏面シールド板有無の電荷搬送体に、順方向電界と逆方向電界中で働く静電力を示すグラフ  A graph showing electrostatic force acting in a forward electric field and a reverse electric field on a charge carrier with or without a back shield plate in one unit of an electric field reverse drive type electrostatic generator 電界垂直移動型静電モータの1ユニット中に置かれたП型移動子と、Λ型移動子の側面図  Side view of П-type mover and Λ-type mover placed in one unit of electric field vertical movement type electrostatic motor 電界垂直移動型静電モータの1ユニットにおいて、П型移動子と、Λ型移動子に、働く水平方向の静電力を示すグラフ  Graph showing the horizontal electrostatic force acting on the П-type mover and the Λ-type mover in one unit of the electric field vertical movement type electrostatic motor 電界垂直移動型静電モータのΛ型移動子に与えた電荷量と、該Λ型移動子に加わる水平(右)、及び垂直方向の静電気力を示すグラフ  A graph showing the amount of charge applied to the Λ-type movable element of the electric field vertical movement type electrostatic motor and the horizontal (right) and vertical electrostatic forces applied to the Λ-type movable element 電界垂直移動型静電モータにおける、印加電圧とΛ型移動子に注入される電荷量の関係を示すグラフ  Graph showing the relationship between the applied voltage and the amount of charge injected into the Λ-type mover in an electric field vertical movement type electrostatic motor 電界垂直移動型静電モータ用上下分離Λ型移動子の側面図  Side view of a vertical Λ mover for an electric field vertical movement type electrostatic motor 電界垂直移動型静電モータ用ブレーキ機能を有する斜めN型移動子の側面図  Side view of oblique N-type moving element having brake function for electric field vertical movement type electrostatic motor 斜めN型移動子の、順・逆電界中の表面電荷分布を示す模式図  Schematic diagram showing surface charge distribution in forward / reverse electric field of oblique N-type mover 電界垂直移動型静電モータ用ブレーキ機能を有する別形状移動子の側面図  Side view of another shape mover with brake function for electric field vertical movement type electrostatic motor ブレーキ機能を有する上下分離移動子の側面図  Side view of upper / lower separation mover with brake function 電界駆動型静電発電機の各電極に印加する電圧を切り替えて電界垂直移動型静電モータにする方法の説明図  Explanatory drawing of the method of changing the voltage applied to each electrode of an electric field drive type electrostatic generator to make an electric field vertical movement type electrostatic motor 電界平行移動型静電モータを電界駆動型静電発電機に切り替える方法の説明図  Explanatory drawing of the method of switching the electric field translation type electrostatic motor to the electric field drive type electrostatic generator

1、電界形成電極
1E、エレクトレット
2、注入(接地)電極
2L、左注入(接地)電極
2R、右接地電極
2M、中接地電極
21、注入(接地)電極の中心孔
22、注入(接地)電極に設けられた電荷注入用糸電極−
3、移動体(電荷搬送体・移動子)
31、電界逆駆動型静電発電機用電荷搬送体の中央主平板
32、電界逆駆動型静電発電機用電荷搬送体の左斜め板
33、電界逆駆動型静電発電機用電荷搬送体の右斜め板
34、電界逆駆動型静電発電機用電荷搬送体の裏面シールド板
4、電荷回収電極
10、電荷搬送体・移動子円板
11、上電極、上固定電極円板
12、下電極、下固定電極円板
14、回転軸
20、絶縁性支持体
1. Electric field forming electrode 1E, electret 2, injection (ground) electrode 2L, left injection (ground) electrode 2R, right ground electrode 2M, middle ground electrode 21, central hole 22 of injection (ground) electrode, injection (ground) electrode Yarn electrode for charge injection provided in
3. Moving body (charge carrier / moving element)
31, central main plate 32 of electric field reverse drive type electrostatic generator charge carrier, left diagonal plate 33 of electric field reverse drive type electrostatic generator charge carrier, electric field reverse drive type electrostatic generator charge carrier The right diagonal plate 34, the back shield plate 4 of the electric charge carrier for the electric field reverse drive type electrostatic generator, the charge collection electrode 10, the charge carrier / mover disc 11, the upper electrode, the upper fixed electrode disc 12, the lower Electrode, lower fixed electrode disk 14, rotating shaft 20, insulating support

Claims (20)

電界中に置かれた、帯電または無帯電の非対称形導体に作用する静電力を使用する静電発電機・静電モータ・静電加速器等の静電気応用機器で、該導体として、その進行方向の表面に電界が集中する、あるいはその進行方向の表面に電界が集中し、かつその裏面が電気的にシールドされやすい形状の導体を使用することを特徴とする静電気応用機器。  An electrostatic application device such as an electrostatic generator, an electrostatic motor, or an electrostatic accelerator that uses an electrostatic force acting on a charged or uncharged asymmetric conductor placed in an electric field. An electrostatic application device using a conductor having a shape in which an electric field is concentrated on a surface or an electric field is concentrated on a surface in a traveling direction and the back surface is easily shielded electrically. 請求項1において、該導体の進行方向の形状が凸型であること。  In Claim 1, the shape of the advancing direction of this conductor is a convex type. 請求項2において、該導体の進行方向の形状が、Λ型または円錐形であること。  3. The shape of the conductor in the traveling direction according to claim 2, wherein the shape is a Λ shape or a conical shape. 請求項1において、該導体に、適当量の電荷を加えて、該導体に加わる重力よりも少し大きい上向きの静電力を発生させて、該導体を静電浮上させること。  2. The method according to claim 1, wherein an appropriate amount of electric charge is applied to the conductor to generate an upward electrostatic force slightly larger than gravity applied to the conductor, thereby electrostatically levitating the conductor. 請求項1において、電界の垂直方向に進む静電モータの移動子の形状がΛ型で、進行方向上下の2枚の斜め面が、電気的に互いに絶縁されていて、それぞれに異極性の電荷が注入されること。  2. The electrostatic motor moving element traveling in the vertical direction of the electric field according to claim 1, wherein the shape of the mover is a Λ type, and the two oblique surfaces above and below the traveling direction are electrically insulated from each other, each having a different polarity charge. Be injected. 請求項5において、上下斜め面に加える電荷の量を異ならせて、該移動子に加わる重力よりも少し大きい上向きの静電力を発生させて、該移動子を静電浮上させること。  6. The method according to claim 5, wherein the amount of electric charge applied to the upper and lower oblique surfaces is varied to generate an upward electrostatic force slightly larger than gravity applied to the moving element, thereby electrostatically levitating the moving element. 請求項1において、該導体に電荷を注入して、電界と垂直方向に移動させ、必要に応じて、電界を形成する固定電極に印加する電圧を入れ替えることで、電界の向きを反転させて、該導体に加わる静電力の向きを反転させて、ブレーキをかける、またその電界を維持して、該導体を逆方向に移動させることを特徴とする静電モータ。  In claim 1, by injecting electric charge into the conductor, moving in a direction perpendicular to the electric field, and if necessary, by reversing the voltage applied to the fixed electrode forming the electric field, thereby reversing the direction of the electric field, An electrostatic motor that reverses the direction of electrostatic force applied to the conductor, applies a brake, and maintains the electric field to move the conductor in the reverse direction. 請求項7において、該導体の形状が、Λ型で、進行方向上下の2枚の斜め面が、電気的に互いに絶縁されていて、それぞれに異極性の電荷が注入されること。  8. The shape of the conductor according to claim 7, wherein the shape of the conductor is Λ-type, and two oblique surfaces above and below the traveling direction are electrically insulated from each other, and charges of different polarities are injected into each. 請求項7において、該導体の形状が、進行方向に向かって下がる2枚の斜め面を、上方と下方、または進行方向最前面と再後面に有すること。  8. The shape of the conductor according to claim 7, wherein the conductor has two oblique surfaces that descend in the traveling direction on the upper side and the lower side, or on the forefront and the rear surface in the traveling direction. 請求項9において、N型形状の導体を使用し、その真ん中の斜め部分が、電界の垂直方向と平行になるように配置すること。  10. The N-shaped conductor according to claim 9, wherein an oblique portion in the middle thereof is arranged so as to be parallel to the vertical direction of the electric field. 請求項9において、ひし形の導体を使用し、その平行面が電界の方向、または電界と垂直な方向になるように配置する。  According to a ninth aspect of the present invention, rhombus-shaped conductors are used and arranged so that their parallel planes are in the direction of the electric field or the direction perpendicular to the electric field. 請求項7において、該導体の形状が、電気的に接続された、進行方向に向かって下がる2枚の斜め面を、進行方向最前面と再後面に有し、また、電気的に接続された、進行方向に向かって上がる2枚の斜め面を、進行方向最前面と再後面に有し、それぞれ、異極性の電荷が注入されること。  8. The shape of the conductor according to claim 7, wherein the conductor has two oblique surfaces that are electrically connected and descend in the traveling direction on the front and rear surfaces in the traveling direction, and are electrically connected. The two diagonal surfaces rising in the traveling direction are provided on the front and rear surfaces in the traveling direction, and charges of different polarities are respectively injected. 請求項1において、進行方向の表面に電界が集中する形状の電荷搬送体を複数並べた回転円板をはさんで、電荷注入電極、高電圧発生源(高圧印加電極またはエレクトレット)、電荷回収電極が複数個並べられた上下固定円板から構成される静電発電機において、電荷回収電極に印加する電圧を電荷注入電極に印加する電圧に切り替えて電極の配置を静電モータと同じにして、該回転円板を回転させることで、静電モータの機能を発揮させること。2. A charge injection electrode, a high voltage generation source (high voltage application electrode or electret), and a charge recovery electrode sandwiching a rotating disk in which a plurality of charge carriers having a shape in which an electric field concentrates on a surface in a traveling direction. In the electrostatic generator composed of a plurality of fixed upper and lower disks arranged in a plurality, the voltage applied to the charge recovery electrode is switched to the voltage applied to the charge injection electrode, and the electrode arrangement is made the same as the electrostatic motor, The function of the electrostatic motor is exhibited by rotating the rotating disk. 請求項13において、該静電発電機の立ち上げ時に、電荷回収電極に印加する電圧を電荷注入電極に印加する電圧に切り替えて電極の配置を静電モータと同じにして、該回転円板を必要な回転数になるまで回転させ、その後、電荷回収電極に印加する電圧を元に戻して静電発電を開始させることを特徴とする静電発電方法。In claim 13, at the time of starting up the electrostatic generator, the voltage applied to the charge recovery electrode is switched to the voltage applied to the charge injection electrode so that the electrode arrangement is the same as that of the electrostatic motor, and the rotating disk is An electrostatic power generation method comprising rotating until a necessary number of rotations is reached, and then starting electrostatic power generation by returning the voltage applied to the charge recovery electrode to the original state. 請求項1において、進行方向の表面に電界が集中する形状の電荷搬送体を複数並べた回転円板をはさんで、電荷注入電極、高電圧発生源(高圧印加電極またはエレクトレット)、電荷回収電極が複数個並べられた上下固定円板から構成される静電発電機において、上固定円板と下固定円板の全電極に、それぞれ異なる電圧(接地含む)を印加して、上下固定円板間に、上下方向に均一電界を発生させて、全電荷搬送体に、電界と垂直方向の静電力を加えて、該回転円板を回転させて静電モータの機能を発揮させること。2. A charge injection electrode, a high voltage generation source (high voltage application electrode or electret), and a charge recovery electrode sandwiching a rotating disk in which a plurality of charge carriers having a shape in which an electric field concentrates on a surface in a traveling direction. In an electrostatic generator composed of a plurality of upper and lower fixed disks arranged in parallel, different voltages (including grounding) are applied to all electrodes of the upper fixed disk and the lower fixed disk, respectively. In the meantime, a uniform electric field is generated in the vertical direction, an electrostatic force perpendicular to the electric field is applied to all charge carriers, and the rotating disk is rotated to exert the function of the electrostatic motor. 請求項15において、該静電発電機の立ち上げ時に、上固定円板と下固定円板の全電極に、それぞれ異なる電圧(接地含む)を印加して、上下固定円板間に、上下方向に均一電界を発生させて、全電荷搬送体に、電界と垂直方向の静電力を加えて、該回転円板を必要な回転数になるまで回転させ、その後、上下固定円板の各電極にそれぞれの本来の静電発電機としての電圧を加えて静電発電を開始させることを特徴とする静電発電方法。16. The vertical direction according to claim 15, wherein different voltages (including grounding) are applied to all the electrodes of the upper fixed disk and the lower fixed disk when the electrostatic generator is started up, A uniform electric field is generated, an electrostatic force perpendicular to the electric field is applied to all charge carriers, and the rotating disk is rotated until the required number of rotations is reached. An electrostatic power generation method, wherein electrostatic power generation is started by applying a voltage as each original electrostatic generator. 請求項1において、進行方向の表面に電界が集中する形状の移動子を複数並べた回転円板をはさんで、接地電極、高圧印加電極が対応して複数組並べられた上下固定円板から構成される静電モータにおいて、接地電極、高圧印加電極の1組おきに、両電極に印加する電圧を、静電発電機の電荷回収電極に印加する電圧に切り替えて電極の配置を静電発電機と同じにして、静電発電機の機能を発揮させること。The upper and lower fixed disks according to claim 1, wherein a plurality of pairs of ground electrodes and high-voltage application electrodes are arranged across a rotating disk in which a plurality of movable elements each having a shape in which an electric field concentrates on a surface in a traveling direction. In the configured electrostatic motor, every other set of ground electrode and high voltage application electrode, the voltage applied to both electrodes is switched to the voltage applied to the charge recovery electrode of the electrostatic generator, and the electrode arrangement is electrostatically generated. Make the electrostatic generator function the same as the machine. 請求項1において、進行方向の表面に電界が集中する形状の移動子を複数並べた回転円板をはさんで、上下固定円板から構成される静電モータにおいて、上下固定円板の一部を空けて、ここに、電荷注入電極、高電圧発生源(高圧印加電極またはエレクトレット)、電荷回収電極を複数個並べて、この領域では、移動子を電荷搬送体として、発電を行うことを特徴とする静電モータ。2. An electrostatic motor composed of upper and lower fixed disks sandwiching a rotating disk in which a plurality of movable elements each having a shape in which an electric field concentrates on a surface in a traveling direction is sandwiched, a part of the upper and lower fixed disks A plurality of charge injection electrodes, high voltage generation sources (high voltage application electrodes or electrets), and charge collection electrodes are arranged here, and in this region, power generation is performed using the mover as a charge carrier. Electrostatic motor. 請求項1において、電荷搬送体の進行方向裏面を電気的にシールドすることにより、マイナス極性に帯電された該電荷搬送体に、電界の方向と同じ方向に働く静電力、または、プラス極性に帯電された該電荷搬送体に、電界の方向と逆の方向に働く静電力を作用させて該電荷搬送体を移動させることを特徴とする静電発電機。The electrostatic charge acting in the same direction as the direction of the electric field or the positive polarity is applied to the charge carrier charged in negative polarity by electrically shielding the back surface in the traveling direction of the charge carrier in claim 1. An electrostatic generator that moves the charge carrier by applying an electrostatic force acting in a direction opposite to the direction of the electric field to the charge carrier. 請求項19において、電荷搬送体の進行方向裏面に、電界と平行に薄い導電性板を立てること。The thin conductive plate according to claim 19, wherein a thin conductive plate is provided in parallel with the electric field on the back surface in the traveling direction of the charge carrier.
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