JP2018157658A - 電気機械変換器 - Google Patents

Abstract

【課題】帯電部から発生した電気力線をその帯電部に対向する固定電極側へ集中させて、帯電部と固定電極との間の静電的な相互作用をより強く発生させる電気機械変換器を提供することを目的とする。【解決手段】帯電部と帯電部に対向する固定電極との間の静電的な相互作用を利用して電力と動力の間の変換を行う電気機械変換器（１）は、固定基板（１３）と、固定基板との間で一定の距離を保って移動可能な可動部材（１２）と、固定基板の可動部材との対向面に可動部材の移動方向に間隔を空けて形成された複数の固定電極（１５，１６）と、可動部材の固定基板との対向面に移動方向に間隔を空けて形成された第１の帯電部（１４）と、第１の帯電部と同じ極性を有し、可動部材の対向面とは反対側の面に形成され、いかなる固定電極にも対向していない第２の帯電部（１７）とを有する。【選択図】図５

Description

本発明は、電気機械変換器に関する。

特許文献１には、シート状エレクトレットを粘付した電極と、電極のエレクトレット粘付面側に平行に配置した対向電極とを備え、両電極を相対的に回転してエレクトレットと対向電極との対向面積を連続的に変化させ、両電極間に接続した負荷に交流電圧を生じさせる静電発電機が記載されている。

特許文献２には、エレクトレット膜と、エレクトレット膜の側端面の周囲を取り囲むように形成され、エレクトレット膜に蓄積された電荷が流出するのを抑制する電荷流出抑制膜とを備えるエレクトレット素子が記載されている。

特許文献３には、エレクトレット支持体にエレクトレット膜を塗布してこれを動作電極に向き合わせ、その表面にエレクトレット表面電荷と反対符号の電荷を誘起する機械電気エネルギー変換装置が記載されている。特許文献３では、エレクトレット膜を自立膜として支持するかあるいは絶縁支持体上に支持することにより、動作電極の表面に誘起される有効電荷量を向上させることが記載されている。

特開昭５８−０２９３７９号公報 特開２００８−２７７４７３号公報 特開２００９−２０７３４４号公報

帯電部と固定電極との間の静電的な相互作用を利用して電力と動力の間の変換を行う電気機械変換器では、帯電部と固定電極とが互いに対向して配置されるが、帯電部から発生する電気力線は、必ずしも固定電極側に集中せずに、その周辺に発散してしまう。帯電部から固定電極以外の方向に発散する電気力線は、帯電部と固定電極との間の静電的な相互作用に寄与しないため、無駄になる。

特許文献２のエレクトレット素子では、エレクトレット膜の側端面の周囲に電荷流出抑制膜を形成することによりエレクトレット膜の電荷の流出が抑制されるが、この電荷流出抑制膜により電気力線の発散を抑制する効果は、エレクトレット膜の外周部分に限られる。例えば、回転軸を中心として帯電部と貫通孔が交互に放射状に形成された可動部材（回転子）にこの電荷流出抑制膜を適用した場合、回転軸に近い内周側では依然として電気力線が固定電極以外の方向に発散するため、その分が電気機械変換器の出力に寄与せず、無駄となる。

また、特許文献３に記載されている製造方法では、エレクトレット膜を自立膜として作製したり、帯電処理の際にエレクトレット膜を一時的に金属体に貼り付けたりするなど、煩雑な工程が多く、エレクトレット膜の取り扱いが難しいため、そのようなエレクトレット膜を実際に製造することは難しい。

本発明は、帯電部から発生した電気力線をその帯電部に対向する固定電極側へ集中させて、帯電部と固定電極との間の静電的な相互作用をより強く発生させる電気機械変換器を提供することを目的とする。

帯電部と帯電部に対向する固定電極との間の静電的な相互作用を利用して電力と動力の間の変換を行う電気機械変換器であって、固定基板と、固定基板との間で一定の距離を保って移動可能な可動部材と、固定基板の可動部材との対向面に可動部材の移動方向に間隔を空けて形成された複数の固定電極と、可動部材の固定基板との対向面に移動方向に間隔を空けて形成された第１の帯電部と、第１の帯電部と同じ極性を有し、可動部材の対向面とは反対側の面に形成され、いかなる固定電極にも対向していない第２の帯電部とを有することを特徴とする電気機械変換器が提供される。

上記の電気機械変換器では、第２の帯電部は、移動方向に間隔を空けて形成された複数の部分領域で構成され、第１の帯電部と第２の帯電部は、可動部材を間に挟んで、可動部材の対向面および反対側の面における移動方向の同じ位置にそれぞれ形成されていることが好ましい。

上記の電気機械変換器では、可動部材は、第１の帯電部と同じ極性に帯電可能な材料で構成され、第２の帯電部は、可動部材の基台部分であることが好ましい。

上記の電気機械変換器では、可動部材は、移動方向に間隔を空けて形成された複数の貫通孔を有し、可動部材では、移動方向に、第１および第２の帯電部と複数の貫通孔とが交互に配置されていることが好ましい。

上記の電気機械変換器では、可動部材は、可動部材の中心を通る回転軸の周りに回転可能であり、第１および第２の帯電部と複数の固定電極は、それぞれ回転軸を中心として放射状に配置されていることが好ましい。

上記の電気機械変換器は、極性が交互に切り替わる電圧を複数の固定電極に印加して、第１の帯電部と複数の固定電極との間で発生する静電気力により可動部材を移動させる駆動部をさらに有することが好ましい。

上記の電気機械変換器は、可動部材の移動に応じて第１の帯電部と複数の固定電極との間の静電誘導により発生した電力を蓄積する蓄電部をさらに有することが好ましい。

上記の電気機械変換器によれば、帯電部から発生した電気力線がその帯電部に対向する固定電極側に集中して、帯電部と固定電極との間の静電的な相互作用がより強く発生する。

電気機械変換器１の概略構成図である。 発電部１０の斜視図である。 回転軸１１を中心とする円周方向に沿った発電部１０の部分断面図である。 帯電部１４，１７の帯電方法を説明するための図である。 帯電部１７の有無による電気力線８０の分布の差異を示す図である。 帯電部１７の有無による発電部１０の出力波形の差異を示す図である。 別の回転部材１２’を有する発電部１０’の部分断面図である。 一般的な帯電列を示す図である。 別の電気機械変換器１’の概略構成図である。 さらに別の電気機械変換器２の概略構成図である。 さらに別の電気機械変換器３の概略構成図である。 回転錘１８の配置例を示す電気機械変換器１の断面図である。

以下、図面を参照しつつ、電気機械変換器について説明する。ただし、本発明は図面または以下に記載される実施形態には限定されないことを理解されたい。

図１は、電気機械変換器１の概略構成図である。電気機械変換器１は、発電部１０および蓄電部２０を有する。発電部１０は、回転軸１１、回転部材１２、固定基板１３、帯電部１４，１７（図２および図３を参照）および対向電極１５，１６を有する。図１では、発電部１０として、固定基板１３の上面と回転部材１２の下面を並べて示している。帯電部１７は、回転部材１２の上面に配置されているため、図１では図示されていない。電気機械変換器１は、外部環境の運動エネルギーを用いて回転部材１２を回転させ、帯電部１４と対向電極１５，１６との間の静電誘導により静電気を発生させることで、動力から電力を取り出す発電装置（エレクトレット発電機）である。

図２は、発電部１０の斜視図である。図３は、回転軸１１を中心とする円周方向に沿った発電部１０の部分断面図である。図２および図３に示すように、発電部１０は、互いに平行に配置された回転部材１２および固定基板１３で構成される。回転部材１２と固定基板１３の間には、一定の間隔が空けられている。図３では、簡単のために、図の横方向が回転部材１２および固定基板１３の円周方向（図２の矢印Ｃ方向）に相当するように変形して図示している。

回転軸１１は、回転部材１２の回転中心となる軸であり、図２に示すように、回転部材１２の中心を貫通している。回転軸１１の上下端は、軸受けを介して、図示しない電気機械変換器１の筐体に固定されている。なお、図３では、回転軸１１の図示を省略している。

回転部材１２は、可動部材の一例であり、例えばシリコン基板またはガラスエポキシ基板などの周知の基板材料で構成される。図２に示すように、回転部材１２は、例えば円板状の形状を有し、その中心で回転軸１１に接続している。回転部材１２には、重量を軽くするために、円周方向に沿って等間隔に、矩形または略台形の複数の貫通孔（スリット）１２１が形成されている。ただし、図示した回転部材１２の形状は一例であり、回転部材は、貫通孔を有さない平坦な板材であってもよい。図３の符号１２２は、２つの貫通孔１２１の間における回転部材１２の矩形または略台形の部分（以下、基台１２２という）である。

電気機械変換器１では、例えば回転部材１２か、または回転部材１２とは別々に、重量バランスの偏りを有する回転錘が取り付けられる。回転部材１２は、電気機械変換器１を携帯する人体の運動または電気機械変換器１が取り付けられた機械などの振動を動力源として、回転軸１１の周りを、円周方向である図２の矢印Ｃ方向（時計回りおよび反時計回り）に回転可能である。すなわち、回転部材１２は、固定基板１３との間で一定の距離を保って移動可能である。

図１２は、回転錘１８の配置例を示す電気機械変換器１の断面図である。図１２では、回転部材１２を回転させるための回転錘１８が、電気機械変換器１の筐体内で回転部材１２とは別に配置された場合の例を示している。図示した例では、回転錘１８は、電気機械変換器１の筐体内に設けられた回転軸１１とは別の回転軸１１’に取り付けられている。この場合、回転軸１１には歯車１９が、回転軸１１’には歯車（増速輪列）１９’がそれぞれ取り付けられ、歯車１９と歯車１９’とが連結している。これにより、回転錘１８の回転運動が歯車１９’を介して歯車１９に伝達して、回転部材１２を回転させることができる。

固定基板１３は、ガラスエポキシ基板などの周知の基板材料で構成される。図２に示すように、固定基板１３は、例えば円板状の形状を有し、回転部材１２の下面に対向して回転部材１２の下側に配置されている。固定基板１３は、回転部材１２とは異なり、図示しない電気機械変換器１の筐体に固定されている。

帯電部１４は、エレクトレット材料で構成された薄膜であり、回転軸１１の周辺の中央部分を除いて、回転部材１２の下面（固定基板１３との対向面）に、回転軸１１を中心として放射状に形成されている。帯電部１４は、第１の帯電部の一例であり、円周方向に間隔を空けて形成された矩形または略台形の複数の部分領域で構成される。帯電部１４は、すべて同一の極性（例えば負）に帯電している。帯電部１４のエレクトレット材料としては、例えば、ＣＹＴＯＰ（登録商標）などの樹脂材料、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリビニルクロライド（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニルデンジフルオライド（ＰＶＤＦ）もしくはポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）などの高分子材料、または、シリコン酸化物（ＳｉＯ_２）もしくはシリコン窒化物（ＳｉＮ）などの無機材料が用いられる。

対向電極１５，１６は、それぞれ矩形または略台形の複数の電極で構成され、固定基板１３の上面（回転部材１２との対向面）において、円周方向に交互に、かつ回転軸１１を中心とする放射状に形成されている。対向電極１５，１６のそれぞれは、複数の固定電極の一例である。対向電極１５同士および対向電極１６同士は、回転部材１２の貫通孔１２１および帯電部１４と同様に、円周方向に間隔を空けて形成され、かつ等間隔に配置されている。回転軸１１を中心とする同一円周上では、対向電極１５および対向電極１６の幅は同じであり、その大きさは貫通孔１２１および帯電部１４の幅と同じかほぼ同じであることが好ましい。また、帯電部１４、対向電極１５および対向電極１６の個数も同じであることが好ましい。

帯電部１７は、帯電部１４と同様に、エレクトレット材料で構成された薄膜であり、回転軸１１の周辺の中央部分を除いて、回転部材１２の上面（固定基板１３との対向面とは反対側の面）に、回転軸１１を中心として放射状に形成されている。帯電部１７は、第２の帯電部の一例であり、円周方向に間隔を空けて形成された矩形または略台形の複数の部分領域で構成される。帯電部１４，１７は、回転部材１２の基台１２２を間に挟んで、回転部材１２の円周方向の同じ位置にそれぞれ形成されている。このため、回転部材１２では、円周方向に、帯電部１４，１７と貫通孔１２１とが交互に配置されている。

帯電部１７は、帯電部１４と同じ極性に帯電しており、帯電部１４が負であれば帯電部１７もすべて負に帯電している。電気機械変換器１では、回転部材１２の上面側には固定電極は配置されておらず、帯電部１７は、いかなる固定電極にも対向していない。帯電部１７は、後述するように、固定基板１３とは反対側である回転部材１２の上面側に帯電部１４から発散する電気力線を、固定基板１３の側に反発させるために設けられる。なお、回転部材１２が貫通孔を有さない平坦な板材である場合には、帯電部１７は、複数の部分領域に分かれず、回転部材１２の上面に一体的に（ベタで）形成されていてもよい。

回転部材１２が回転すると、それに伴い、帯電部１４と対向電極１５，１６の間の重なり面積が増減する。例えば、帯電部１４に負電荷が保持されているとすると、帯電部１４が作る電界により対向電極１５，１６に引き寄せられる正電荷が、回転部材１２の回転に伴い増減する。発電部１０は、このようにして、対向電極１５と対向電極１６の間に交流電流を発生させることにより、静電誘導を利用した発電を行う。

蓄電部２０は、整流回路２１および二次電池２２を有し、回転部材１２の回転に応じて帯電部１４と対向電極１５，１６との間の静電誘導により発生した電力を蓄積する。対向電極１５，１６からの出力は整流回路２１に接続され、整流回路２１は二次電池２２に接続されている。整流回路２１は、４個のダイオードを有するブリッジ式の回路であり、対向電極１５と対向電極１６の間で生成された電流を整流する。二次電池２２は、リチウム二次電池などの充放電可能な電池であり、発電部１０によって発電された電力を蓄積し、図示しない駆動対象の回路にその電力を供給する。

図４は、帯電部１４，１７の帯電方法を説明するための図である。帯電部１４，１７の作製時には、例えば、回転部材１２の上下面に帯電用の電極を形成し、帯電部１４，１７となる樹脂膜をさらにその上に形成した上で、図４に示すように回転部材１２を接地する。その上で、回転部材１２の上下面の各樹脂膜に対向させて針電極９１を配置し、高電圧電源９０によりそれらの針電極９１に例えば数千Ｖ程度の高電圧を掛ける。これにより、針電極９１から回転部材１２に向けてコロナ放電により電子が放出されるので、その電子により回転部材１２の上下面の帯電部１４，１７を同時に負に帯電させることができる。なお、この帯電工程は回転部材１２の片面ずつ行ってもよい。

図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、帯電部１７の有無による電気力線８０の分布の差異を示す図である。図５（Ａ）は、帯電部１７がなくそれ以外は発電部１０と同一の構成を有する発電部における１個の帯電部１４と対向電極１５の部分の断面を拡大して示し、図５（Ｂ）は、発電部１０における１個の帯電部１４と対向電極１５の部分の断面を拡大して示す。

回転部材１２の上面に帯電部１７がない場合には、図５（Ａ）に示すように、帯電部１４からは上下方向に電気力線８０が出ている。すなわち、電気力線８０の中には、対向電極１５がある回転部材１２の下側に向かうものと、対向電極１５とは反対側の上側に向かうものがあり、このうちの後者があることにより、帯電部１４と対向電極１５に発生する電気力線の本数は比較的少ない。対向電極１５とは反対側に向かう電気力線８０は、電気機械変換器１での発電に寄与しないので無駄になる。

一方、回転部材１２の上面に帯電部１７がある場合には、図５（Ｂ）に示すように、帯電部１４から出た電気力線８０は、帯電部１４の上方に帯電部１４と同じ極性の帯電部１７があることにより下側に反発されて、その大部分が対向電極１５側に向かう。このため、発電部１０では、帯電部１７がない発電部１０と比べて、帯電部１４と対向電極１５との間に電気力線８０が集中する。

図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、帯電部１７の有無による発電部１０の出力波形の差異を示す図である。図６（Ａ）は、帯電部１７がなくそれ以外は発電部１０と同一の構成を有する発電部の対向電極１５，１６からの電圧Ｖの出力波形を示し、図６（Ｂ）は、発電部１０の対向電極１５，１６からの電圧Ｖの出力波形を示す。

回転部材１２の上面に帯電部１７がない場合には、帯電部１４から対向電極１５，１６に向かう電気力線８０の本数が少ないので、図６（Ａ）に示すように、出力波形（交流波形）の振幅Ａ１も小さい。一方、回転部材１２の上面に帯電部１７がある場合には、帯電部１４と対向電極１５，１６との間により多くの電気力線８０が集中するので、図６（Ｂ）に示すように、帯電部１４と対向電極１５，１６との間の静電誘導が強くなり、出力波形の振幅Ａ２はＡ１よりも大きくなる。

発電部１０を有する電気機械変換器１では、回転部材１２の上側には対向電極が配置されていないにもかかわらず、対向電極１５，１６と対向しない側である回転部材１２の上面に、電気力線の反発用の帯電部１７が設けられている。帯電部１７により帯電部１４からの電気力線８０を対向電極１５側に向かわせて、帯電部１４と対向電極１５との間に電気力線８０を集中させることができるので、電気機械変換器１では、その分、発電量が多くなる。電気機械変換器１では、単に円板状の回転部材１２の上下面に帯電部１４，１７を形成すればよいので、帯電処理を行い易く、帯電部の取り扱いも簡単であり、比較的簡便な方法にてエレクトレット発電機の発電量を向上させることができる。

図７は、別の回転部材１２’を有する発電部１０’の部分断面図である。図７では、図３と同様に、回転軸１１を中心とする円周方向に沿った発電部１０’の一部の断面を示している。ただし、図７でも、回転軸１１の図示を省略している。回転部材１２’は、回転部材１２とは異なり、基台１２２自体が帯電可能な材料で構成されており、帯電部１４と同じ極性に帯電している。発電部１０’を有する電気機械変換器では、回転部材１２’の基台１２２が第２の帯電部に相当する。図７に示すように、発電部１０’では、発電部１０の帯電部１７を省略してもよく、対向電極１５，１６とは反対側である回転部材１２’の上面が露出している。回転部材１２’自体を帯電可能な材料で構成すれば、発電部１０’では、発電部１０の帯電部１７を省略しても、発電部１０と同様に、発電量が向上する効果が得られる。

図８は、一般的な帯電列を示す図である。図中に列挙されている各材料は、図中の右側のものほど負に帯電し易く、図中の左側のものほど正に帯電し易い。帯電部１４の極性を負にする場合には、回転部材１２’の基台１２２も負に帯電させる必要があるので、回転部材１２’の材料としては、図示した帯電列において負に帯電する材料のうちで、基板の板材に加工可能なものを選択すればよい。例えば、回転部材１２’の材料としては、フッ素樹脂の板材、テフロン（登録商標）、ポリエステル樹脂、塩化ビニル、ウレタン、セルロイドまたはアセテートなどを使用してもよい。なお、これらの材料は絶縁体であるため、回転部材１２’の基台１２２と帯電部１４との境界には別個の絶縁層を設けなくてもよい。

図１に示した電気機械変換器１の発電部１０では、固定基板１３に形成された２組の対向電極１５，１６から発電電流が取り出される。電気機械変換器１の形態は、静止している固定基板１３上の電極のみから電流を取り出せばよく、回転する回転部材１２との電気的接続が不要であるため、便利である。ただし、このような形態に限らず、回転部材１２と固定基板１３の両方を蓄電部２０に電気的に接続して発電電流を取り出してもよいので、この場合の例を次に説明する。

図９は、別の電気機械変換器１’の概略構成図である。電気機械変換器１’の発電部１０’’は、図１の電気機械変換器１の発電部１０と同様の構成を有するが、回転部材１２が蓄電部２０に電気的に接続されている点と、固定基板１３上には１組の対向電極１５のみが形成されている点が発電部１０とは異なる。発電部１０’’では、回転軸１１は導電部材で構成され、帯電部１４を構成する矩形または略台形の各部分領域は、電気接点を介して回転軸１１に接続されている。電気機械変換器１’では、蓄電部２０が回転軸１１と対向電極１５に電気的に接続されており、それらを介して発電電流が取り出される。なお、帯電膜１４の各部分領域を１つずつ回転軸１１に接続するのではなく、部分領域同士を連結配線した上で、その連結配線を回転軸１１に接続してもよい。あるいは、回転部材１２を金属材料で形成し、回転部材１２の基台を介して各部分領域を回転軸１１に直接接続してもよい。

図１０は、さらに別の電気機械変換器２の概略構成図である。電気機械変換器２は、アクチュエータ３０および駆動部４０を有し、アクチュエータ３０は、電気機械変換器１の発電部１０と同一の構成を有する。電気機械変換器２の対向電極１５，１６は、それぞれ電気配線を介して駆動部４０に接続されている。電気機械変換器２は、駆動部４０に入力された電気信号をもとに、アクチュエータ３０の帯電部１４と対向電極１５，１６との間で発生する静電気力を利用して回転部材１２を回転させることにより、電力から動力を取り出す駆動装置（エレクトレットモータ）である。

駆動部４０は、アクチュエータ３０を駆動するための回路であり、クロック４１および比較器４２，４３を有する。駆動部４０は、極性が交互に切り替わる交番電圧を対向電極１５，１６に印加して、帯電部１４と対向電極１５，１６の間で発生する静電気力により、回転部材１２を回転させる。

図１０に示すように、クロック４１の出力は比較器４２，４３の入力に接続され、比較器４２の出力は対向電極１５に、比較器４３の出力は対向電極１６に、それぞれ電気配線を介して接続されている。比較器４２，４３は、それぞれクロック４１からの入力信号の電位と接地電位とを比較し、その結果を２値で出力するが、比較器４２，４３の出力信号は互いに逆の符号である。クロック４１からの入力信号がＨのときには、対向電極１５は＋Ｖ、対向電極１６は−Ｖの電位になり、入力信号がＬのときには、対向電極１５は−Ｖ、対向電極１６は＋Ｖの電位になる。

駆動部４０は、アクチュエータ３０の駆動時に、一方の対向電極１５に帯電部１４の帯電と同じ符号の電圧を印加し、他方の対向電極１６に帯電部１４の帯電とは異なる符号の電圧を印加して、それらの電圧の符号を交互に反転させる。このように電圧が印加されると、帯電部１４が作る電界と対向電極１５，１６が作る電界との相互作用により、帯電部１４と対向電極１５，１６との間に引力または斥力が発生する。駆動部４０が交番電圧を対向電極１５，１６に印加することにより、回転部材１２には連続した力が加わるため、回転部材１２を回転させることができる。

アクチュエータ３０を有する電気機械変換器２でも、回転部材１２の上側には対向電極が配置されていないにもかかわらず、対向電極１５，１６と対向しない側である回転部材１２の上面に、電気力線の反発用の帯電部１７が設けられている。帯電部１７により帯電部１４と対向電極１５，１６との間に電気力線８０を集中させることができるので、電気機械変換器２では、その分、発生する駆動力（回転トルク）が大きくなる。言い換えると、電気機械変換器２では、アクチュエータ３０から帯電部１７を省略した比較例の電気機械変換器よりも低い印加電圧であっても、その比較例の電気機械変換器と同じ大きさの回転トルクが得られるという効果もある。すなわち、電気機械変換器２は、比較例の電気機械変換器よりも低消電で駆動できるため、小さい容量の電池で駆動する腕時計などの電子機器への適用に適している。

図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）は、さらに別の電気機械変換器３の概略構成図である。図１１（Ａ）に示すように、電気機械変換器３は、アクチュエータ５０および駆動部４０を有する。アクチュエータ５０は、筐体５１、スライド板５２、固定基板５３、帯電部５４，５７および対向電極５５，５６を有する。図１１（Ｂ）および図１１（Ｃ）は、対向電極５５，５６の配置およびスライド板５２の移動方向を示す平面図である。

電気機械変換器３は、駆動部４０に入力された電気信号をもとに、帯電部５４と対向電極５５，５６との間の静電気力を利用して、スライド板５２を往復移動させることにより、電力から動力を取り出す駆動装置である。電気機械変換器の可動部材は、電気機械変換器１，１’，２の回転部材１２のように回転するものに限らず、電気機械変換器３のスライド板５２のようにスライド移動するものであってもよい。

スライド板５２は、可動部材の一例であり、例えばシリコン基板またはガラスエポキシ基板などの周知の基板材料で構成され、図示しない可動支持部により筐体５１内に支持されている。スライド板５２の材質は、真鍮、ステンレスまたはアルミニウムなどのなどの導電性の金属材料であってもよい。また、固定基板５３は、箱型の筐体５１の底面に配置されている。スライド板５２は、固定基板５３との間で一定の距離を保って、固定基板５３に平行な方向（水平方向、矢印Ａ方向）に往復移動可能である。

帯電部５４，５７は、電気機械変換器１，１’，２の帯電部１４，１７と同様に、エレクトレット材料で構成された薄膜であり、同一の極性（例えば負）に帯電している。帯電部５４，５７は、第１および第２の帯電部の一例であり、帯電部５４はスライド板５２の下面に、帯電部５７はスライド板５２の上面に、それぞれ形成されている。帯電部５４，５７は、それぞれ、スライド板５２の移動方向と直交する方向に延び、スライド板５２の移動方向に等間隔に配置された複数の帯状（直線状）の領域で構成される。なお、スライド板５２の重量を軽くするために、スライド板５２における帯電部５４同士の間および帯電部５７同士の間の帯状領域には、貫通孔（スリット）が形成されていてもよい。

対向電極５５，５６は、それぞれスライド板５２の移動方向と直交する方向に延びる複数の帯状の電極で構成され、固定基板５３の上面において、スライド板５２の移動方向に交互に形成されている。対向電極５５，５６のそれぞれは、複数の固定電極の一例である。対向電極５５同士および対向電極５６同士はそれぞれ等間隔に配置されており、それらの幅は同じであることが好ましい。また、対向電極５５，５６の幅は、帯電部５４，５７の幅と同じかほぼ同じであることが好ましく、帯電部１４、対向電極５５および対向電極５６の個数も同じであることが好ましい。

駆動部４０は、アクチュエータ５０を駆動するための回路であり、対向電極５５，５６に電気配線を介して接続されている。駆動部４０は、電気機械変換器２のものと同様の構成を有し、極性が交互に切り替わる電圧を対向電極５５，５６に印加することにより、図１１（Ｂ）および図１１（Ｃ）に示すように、スライド板５２を筐体５１内で水平方向（矢印Ａ方向）にスライド移動させる。

アクチュエータ５０を有する電気機械変換器３でも、スライド板５２の上側である筐体５１の上面には対向電極が配置されていないにもかかわらず、対向電極５５，５６と対向しない側であるスライド板５２の上面に、電気力線の反発用の帯電部５７が設けられている。帯電部５７により帯電部５４と対向電極５５，５６との間に電気力線８０を集中させることができるので、電気機械変換器３でも、その分、発生する駆動力が大きくなる。

なお、電気機械変換器３の駆動部４０を電気機械変換器１の蓄電部２０に代え、外部環境の運動エネルギーを用いてスライド板５２を矢印Ａ方向にスライド移動させることで、スライド板５２と対向電極５５，５６との間の静電誘導により静電気を発生させて動力から電力を取り出す発電装置を構成してもよい。この場合の発電装置でも、帯電部５７により帯電部５４と対向電極５５，５６との間に電気力線８０を集中させることができるので、電気機械変換器３でも、その分、発電量が大きくなる。

１，１’，２，３ 電気機械変換器
１０，１０’，１０’’ 発電部
１１ 回転軸
１２，１２’ 回転部材
１３，５３ 固定基板
１４，１７，５４，５７ 帯電部
１５，１６，５５，５６ 対向電極
２０ 蓄電部
３０，５０ アクチュエータ
４０ 駆動部
５２ スライド板

Claims (7)

1. 帯電部と前記帯電部に対向する固定電極との間の静電的な相互作用を利用して電力と動力の間の変換を行う電気機械変換器であって、
   固定基板と、
   前記固定基板との間で一定の距離を保って移動可能な可動部材と、
   前記固定基板の前記可動部材との対向面に前記可動部材の移動方向に間隔を空けて形成された複数の固定電極と、
   前記可動部材の前記固定基板との対向面に前記移動方向に間隔を空けて形成された第１の帯電部と、
   前記第１の帯電部と同じ極性を有し、前記可動部材の前記対向面とは反対側の面に形成され、いかなる固定電極にも対向していない第２の帯電部と、
   を有することを特徴とする電気機械変換器。
2. 前記第２の帯電部は、前記移動方向に間隔を空けて形成された複数の部分領域で構成され、
   前記第１の帯電部と前記第２の帯電部は、前記可動部材を間に挟んで、前記可動部材の前記対向面および前記反対側の面における前記移動方向の同じ位置にそれぞれ形成されている、請求項１に記載の電気機械変換器。
3. 前記可動部材は、前記第１の帯電部と同じ極性に帯電可能な材料で構成され、
   前記第２の帯電部は、前記可動部材の基台部分である、請求項１に記載の電気機械変換器。
4. 前記可動部材は、前記移動方向に間隔を空けて形成された複数の貫通孔を有し、
   前記可動部材では、前記移動方向に、前記第１および第２の帯電部と前記複数の貫通孔とが交互に配置されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気機械変換器。
5. 前記可動部材は、前記可動部材の中心を通る回転軸の周りに回転可能であり、
   前記第１および第２の帯電部と前記複数の固定電極は、それぞれ前記回転軸を中心として放射状に配置されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気機械変換器。
6. 極性が交互に切り替わる電圧を前記複数の固定電極に印加して、前記第１の帯電部と前記複数の固定電極との間で発生する静電気力により前記可動部材を移動させる駆動部をさらに有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気機械変換器。
7. 前記可動部材の移動に応じて前記第１の帯電部と前記複数の固定電極との間の静電誘導により発生した電力を蓄積する蓄電部をさらに有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気機械変換器。

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