JP2021010243A - Micro machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ブラウン運動を利用する微小機械に関する。 The present invention relates to a micromachine that utilizes Brownian motion.
環境から得られる微弱なエネルギーを集めて利用するエネルギーハーベスティング技術がある。エネルギーハーベスティング技術では、例えば、環境中の振動、熱および電磁波などの様々な形態のエネルギーを電力に変換する。 There is energy harvesting technology that collects and uses the weak energy obtained from the environment. Energy harvesting techniques convert various forms of energy into electricity, such as vibrations, heat and electromagnetic waves in the environment.
非特許文献1には、分子の熱運動から利用可能なエネルギーを得る装置(ブラウン・ラチェット:Brownian ratchet)が提案されている。ブラウン・ラチェットは、ファインマンのラチェット(Feynman’s ratchet)、ファインマンのサーマルラチェット(Feynman’s thermal ratchet)などとも称される。
Non-Patent
ブラウン・ラチェットモデルでは、微小な羽根車にラチェット機構が接続されている。羽根車の回転軸には、錘が付いた紐が取り付けられている。羽根車の周囲には気体または液体の流体が存在する。その流体中の多数の分子が羽根車にランダムに衝突し、羽根車を揺動させる。熱運動する分子が物体にランダムに衝突することによりその物体に発生する運動は、ブラウン運動と呼ばれる。ブラウン運動により羽根車が回転する方向はランダムに変化する。ラチェット機構は、分子が衝突する羽根車を概ね一方向に回転させるために、羽根車に接続されている。ブラウン・ラチェットモデルは、羽根車を一方向に回転させ、紐が回転軸に巻かれることにより、錘を持ち上げようとする機構である。すなわち、ブラウン・ラチェットモデルは、ブラウン運動を利用して錘に対して仕事を行おうとする機構である。 In the Brownian ratchet model, the ratchet mechanism is connected to a minute impeller. A string with a weight is attached to the rotating shaft of the impeller. There is a gaseous or liquid fluid around the impeller. Many molecules in the fluid randomly collide with the impeller, causing the impeller to swing. The motion generated in an object by randomly colliding the thermally moving molecules with the object is called Brownian motion. The direction in which the impeller rotates due to Brownian motion changes randomly. The ratchet mechanism is connected to the impeller to rotate the impeller with which the molecules collide in approximately one direction. The Brownian ratchet model is a mechanism that attempts to lift the weight by rotating the impeller in one direction and winding the string around the axis of rotation. That is, the Brownian ratchet model is a mechanism that attempts to work on the weight using Brownian motion.
しかし、非特許文献1の中で、著者であるリチャード・フィリップス・ファインマンは、上記のようなブラウン・ラチェットモデルは物理学的には実現できないと考察している。具体的には、ラチェット機構の歯止め(爪)自体もブラウン運動により揺動し、歯止めが歯車から離れるため、羽根車の回転を一方向に制限することはできないとファインマンは考察している。ラチェット機構が機能せず、羽根車の回転方向がランダムに変化してしまうと、錘を継続的に上昇させることはできない。
However, in Non-Patent
本発明は、ブラウン運動を利用する微小機械を提供する。 The present invention provides a micromachine that utilizes Brownian motion.
本発明の実施形態に係る微小機械は、磁石と、コイルとを備え、前記磁石と前記コイルとの間の相対的な位置関係はブラウン運動により変化し、前記ブラウン運動による前記相対的な位置関係の変化に応じた電磁誘導により、前記コイルに電圧が発生する。 The micromachine according to the embodiment of the present invention includes a magnet and a coil, and the relative positional relationship between the magnet and the coil changes due to Brownian motion, and the relative positional relationship due to the Brownian motion. A voltage is generated in the coil by electromagnetic induction according to the change of.
ブラウン運動を利用して磁石とコイルとの間の相対的な位置関係を変化させる。ブラウン運動により、磁石とコイルとの間の相対的な位置関係はランダムに変化する。位置関係がランダムに変化する過程で、磁石はコイルに相対的に接近したり離れたりし、電磁誘導によりコイルに電圧が発生する。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。 Brownian motion is used to change the relative positional relationship between the magnet and the coil. Due to Brownian motion, the relative positional relationship between the magnet and the coil changes randomly. In the process of randomly changing the positional relationship, the magnet moves relatively close to and away from the coil, and a voltage is generated in the coil by electromagnetic induction. As a result, electric power can be generated from Brownian motion.
ある実施形態において、前記磁石は、前記ブラウン運動により前記コイルに対して移動してもよい。 In certain embodiments, the magnet may move relative to the coil by the Brownian motion.
ブラウン運動により磁石がランダムに移動する過程で、磁石はコイルに接近したり離れたりし、電磁誘導によりコイルに電圧が発生する。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。 In the process of randomly moving the magnet due to Brownian motion, the magnet approaches and moves away from the coil, and electromagnetic induction generates a voltage in the coil. As a result, electric power can be generated from Brownian motion.
ある実施形態において、前記微小機械は、前記コイルに接続された負荷をさらに備え、前記電磁誘導により前記コイルに流れる電流が前記負荷に供給されてもよい。 In certain embodiments, the micromachine may further include a load connected to the coil, and the current flowing through the coil by the electromagnetic induction may be supplied to the load.
これにより、ブラウン運動により発生した電力を負荷で利用することができる。 As a result, the electric power generated by the Brownian motion can be used as a load.
ある実施形態において、前記電流が供給された前記負荷は、熱を発生させてもよい。 In certain embodiments, the load to which the current is supplied may generate heat.
これにより、ブラウン運動から特定のエリアに熱を発生させることができる。 This allows heat to be generated in a specific area from Brownian motion.
ある実施形態において、前記磁石および前記コイルは、第1エリアに位置し、前記負荷は、第1エリアとは異なる第2エリアに位置し、前記負荷が熱を発生させることで、前記第2エリアの温度は前記第1エリアの温度よりも高くなってもよい。 In certain embodiments, the magnet and the coil are located in a first area, the load is located in a second area different from the first area, and the load generates heat to generate heat in the second area. The temperature of the first area may be higher than the temperature of the first area.
ブラウン運動から第2エリアに熱を発生させることができる。例えば、第1エリアおよび第2エリアの温度が均一であったとしても、そこから第1エリアと第2エリアとの間で温度差を発生させることができる。すなわち、エントロピーを減少させることができる。これにより、物理学においてマクスウェルの悪魔(Maxwell’s demon)と呼ばれている現象を実現できる。 Heat can be generated in the second area from Brownian motion. For example, even if the temperatures of the first area and the second area are uniform, a temperature difference can be generated between the first area and the second area. That is, the entropy can be reduced. This makes it possible to realize a phenomenon called Maxwell's demon in physics.
ある実施形態において、前記第1エリアと前記第2エリアとの間には壁が設けられていてもよい。 In certain embodiments, a wall may be provided between the first area and the second area.
第1エリアと第2エリアとの間の熱の移動を壁が抑制することにより、第1エリアと第2エリアとの間の温度差を大きくすることができる。すなわち、エントロピーをより大きく減少させることができる。これにより、物理学においてMaxwell’s demonと呼ばれている現象を実現できる。 The wall suppresses the transfer of heat between the first area and the second area, so that the temperature difference between the first area and the second area can be increased. That is, the entropy can be reduced more significantly. This makes it possible to realize a phenomenon called Maxwell's demon in physics.
ある実施形態において、前記微小機械は、熱電素子をさらに備え、前記熱電素子には前記負荷が発生させた熱が供給されてもよい。 In certain embodiments, the micromachine may further include a thermoelectric element, and the thermoelectric element may be supplied with the heat generated by the load.
前記熱電素子に熱を供給することで、熱電素子に電力を発生させることができる。 By supplying heat to the thermoelectric element, electric power can be generated in the thermoelectric element.
ある実施形態において、前記微小機械は、複数の前記磁石と、複数の前記コイルと、複数の前記負荷と、複数の第1エリアと、前記複数の第1エリアとは異なる第2エリアとを備え、前記複数の磁石は、前記複数の第1エリアのうちの互いに異なる第1エリアに位置し、前記複数のコイルは、前記複数の第1エリアのうちの互いに異なる第1エリアに位置し、前記複数の負荷は、前記第2エリアに位置し、前記複数の負荷のうちの電流が流れた前記負荷は熱を発生させてもよい。 In certain embodiments, the micromachine comprises a plurality of the magnets, a plurality of the coils, a plurality of the loads, a plurality of first areas, and a second area different from the plurality of first areas. The plurality of magnets are located in different first areas of the plurality of first areas, and the plurality of coils are located in different first areas of the plurality of first areas. The plurality of loads may be located in the second area, and the load to which the current flows among the plurality of loads may generate heat.
ブラウン運動から第2エリアに熱を発生させることができる。例えば、第1エリアおよび第2エリアの温度が均一であったとしても、そこから第1エリアと第2エリアとの間で温度差を発生させることができる。すなわち、エントロピーを減少させることができる。これにより、物理学においてMaxwell’s demonと呼ばれている現象を実現できる。 Heat can be generated in the second area from Brownian motion. For example, even if the temperatures of the first area and the second area are uniform, a temperature difference can be generated between the first area and the second area. That is, the entropy can be reduced. This makes it possible to realize a phenomenon called Maxwell's demon in physics.
ある実施形態において、複数の前記コイルを備え、前記磁石と前記複数のコイルとの間の相対的な位置関係はブラウン運動により変化し、前記ブラウン運動による前記相対的な位置関係の変化に応じた電磁誘導により、前記複数のコイルの少なくとも一つに電圧が発生してもよい。 In one embodiment, the plurality of the coils are provided, and the relative positional relationship between the magnet and the plurality of coils is changed by Brownian motion, and the relative positional relationship is changed by the Brownian motion. A voltage may be generated in at least one of the plurality of coils by electromagnetic induction.
磁石1個に対して複数のコイルを配置することで、磁石がいずれかのコイルに接近する機会を増やすことができる。これにより、ブラウン運動による発電の機会を増やすことができる。 By arranging a plurality of coils for one magnet, it is possible to increase the chance that the magnet approaches one of the coils. This can increase opportunities for power generation by the Brownian motion.
ある実施形態において、前記微小機械は、前記複数のコイルに接続された複数の負荷をさらに備え、前記電磁誘導により少なくとも一つの前記コイルに流れる電流が、前記少なくとも一つのコイルに接続された少なくとも一つの前記負荷に供給されてもよい。 In certain embodiments, the micromachine further comprises a plurality of loads connected to the plurality of coils, and the current flowing through the at least one coil due to the electromagnetic induction is at least one connected to the at least one coil. It may be supplied to one of the above loads.
ブラウン運動により発生した電力を負荷で利用することができる。 The electric power generated by Brownian motion can be used as a load.
ある実施形態において、前記磁石および前記複数のコイルは、第1エリアに位置し、前記複数の負荷は、前記第1エリアとは異なる第2エリアに位置し、前記複数の負荷のうちの電流が流れた前記負荷は熱を発生させてもよい。 In certain embodiments, the magnet and the plurality of coils are located in a first area, the plurality of loads are located in a second area different from the first area, and the current of the plurality of loads is generated. The flowed load may generate heat.
ブラウン運動から第2エリアに熱を発生させることができる。例えば、第1エリアおよび第2エリアの温度が均一であったとしても、そこから第1エリアと第2エリアとの間で温度差を発生させることができる。すなわち、エントロピーを減少させることができる。これにより、物理学においてMaxwell’s demonと呼ばれている現象を実現できる。 Heat can be generated in the second area from Brownian motion. For example, even if the temperatures of the first area and the second area are uniform, a temperature difference can be generated between the first area and the second area. That is, the entropy can be reduced. This makes it possible to realize a phenomenon called Maxwell's demon in physics.
ある実施形態において、前記微小機械は、熱電素子をさらに備え、前記熱電素子には複数の前記負荷が発生させた熱が供給されてもよい。 In certain embodiments, the micromachine may further include a thermoelectric element, to which the thermoelectric element may be supplied with heat generated by the plurality of loads.
熱電素子に熱を供給することで、電力を発生させることができる。複数の負荷が発生させた熱が熱電素子に供給されることで、より大きい電力を発生させることができる。 Electric power can be generated by supplying heat to the thermoelectric element. By supplying the heat generated by a plurality of loads to the thermoelectric element, it is possible to generate a larger electric power.
ある実施形態において、前記微小機械は、前記コイルに発生した電圧が供給される整流器と、前記整流器の出力信号が供給されるキャパシタとをさらに備えてもよい。 In certain embodiments, the micromachine may further include a rectifier to which the voltage generated in the coil is supplied and a capacitor to which the output signal of the rectifier is supplied.
コイルに発生する電圧信号を整流し、整流された出力信号をキャパシタに供給する。これにより、キャパシタに電荷を蓄積することができる。キャパシタに蓄積した電力を出力することで、大きな電力を外部に出力させることができる。 The voltage signal generated in the coil is rectified, and the rectified output signal is supplied to the capacitor. This allows charge to be stored in the capacitor. By outputting the electric power stored in the capacitor, a large amount of electric power can be output to the outside.
ある実施形態において、前記微小機械は、複数の前記磁石と、複数の前記コイルと、前記複数のコイルに発生した電圧が供給される複数の整流器と、前記複数の整流器の出力信号が供給されるキャパシタとをさらに備えてもよい。 In certain embodiments, the micromachine is supplied with a plurality of the magnets, the plurality of coils, a plurality of rectifiers to which the voltage generated in the plurality of coils is supplied, and output signals of the plurality of rectifiers. It may further include a capacitor.
複数のコイルに発生した電圧信号を整流し、整流された出力信号をキャパシタに供給する。これにより、キャパシタにより多くの電荷を蓄積することができる。キャパシタに蓄積した電力を出力することで、より大きな電力を外部に出力させることができる。 The voltage signals generated in a plurality of coils are rectified, and the rectified output signals are supplied to the capacitor. This allows more charge to be stored in the capacitor. By outputting the electric power stored in the capacitor, it is possible to output a larger electric power to the outside.
ある実施形態において、前記磁石と前記コイルの少なくとも一方は、コーティング膜で被覆されていてもよい。 In certain embodiments, at least one of the magnet and the coil may be coated with a coating film.
磁石がコイルに吸着することを抑制できる。あるいは、コイルが磁石に吸着することを抑制できる。 It is possible to prevent the magnet from being attracted to the coil. Alternatively, it is possible to suppress the coil from being attracted to the magnet.
ある実施形態において、前記磁石と前記コイルの少なくとも一方は、分散剤で被覆されていてもよい。 In certain embodiments, at least one of the magnet and the coil may be coated with a dispersant.
磁石がコイルに吸着することを抑制できる。あるいは、コイルが磁石に吸着することを抑制できる。 It is possible to prevent the magnet from being attracted to the coil. Alternatively, it is possible to suppress the coil from being attracted to the magnet.
ある実施形態において、前記磁石と前記コイルの少なくとも一方は、界面活性剤で被覆されていてもよい。 In certain embodiments, at least one of the magnet and the coil may be coated with a surfactant.
磁石がコイルに吸着することを抑制できる。あるいは、コイルが磁石に吸着することを抑制できる。 It is possible to prevent the magnet from being attracted to the coil. Alternatively, it is possible to suppress the coil from being attracted to the magnet.
ある実施形態において、前記微小機械は、前記磁石に設けられた回転軸をさらに備え、前記磁石は、ブラウン運動により回転してもよい。 In certain embodiments, the micromachine further comprises a rotating shaft provided on the magnet, which may be rotated by Brownian motion.
ブラウン運動により磁石が回転することで、磁石とコイルとの間の相対的な位置関係を変化させることができる。回転は、1回転以上の回転、1回転未満の回転の両方の意味を含む。回転は、揺動も含む。例えば、ブラウン運動により磁石が回転することで、磁石のN極およびS極のうちのコイルに対向する極性が変化する。コイルに対向する磁石の極性が変化することで、電磁誘導によりコイルに電圧が発生する。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。 By rotating the magnet by Brownian motion, the relative positional relationship between the magnet and the coil can be changed. Rotation includes both rotations of one or more rotations and less than one rotation. Rotation also includes rocking. For example, the rotation of a magnet due to Brownian motion changes the polarity of the magnet facing the coil of the north and south poles. By changing the polarity of the magnet facing the coil, a voltage is generated in the coil by electromagnetic induction. As a result, electric power can be generated from Brownian motion.
ある実施形態において、前記微小機械は、回転可能な回転部材をさらに備え、前記磁石は、前記回転部材に設けられ、前記磁石は、ブラウン運動により前記回転部材とともに回転してもよい。 In certain embodiments, the micromachine further comprises a rotatable rotating member, the magnet may be provided on the rotating member, and the magnet may rotate with the rotating member by Brownian motion.
ブラウン運動により回転部材とともに磁石が回転することで、磁石とコイルとの間の相対的な位置関係を変化させることができる。例えば、ブラウン運動により回転部材とともに磁石が回転することで、磁石のN極およびS極のうちのコイルに対向する極性が変化する。コイルに対向する磁石の極性が変化することで、電磁誘導によりコイルに電圧が発生する。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。 By rotating the magnet together with the rotating member by Brownian motion, the relative positional relationship between the magnet and the coil can be changed. For example, when a magnet rotates together with a rotating member due to Brownian motion, the polarity of the magnet facing the coil of the north and south poles changes. By changing the polarity of the magnet facing the coil, a voltage is generated in the coil by electromagnetic induction. As a result, electric power can be generated from Brownian motion.
ある実施形態において、前記微小機械は、ブラウン運動により回転可能な羽根車をさらに備え、前記磁石は、前記羽根車とともに回転してもよい。 In certain embodiments, the micromachine further comprises an impeller that is rotatable by Brownian motion, and the magnet may rotate with the impeller.
ブラウン運動により羽根車は回転する。羽根車とともに磁石が回転することで、磁石とコイルとの間の相対的な位置関係を変化させることができる。例えば、ブラウン運動により羽根車とともに磁石が回転することで、磁石のN極およびS極のうちのコイルに対向する極性が変化する。コイルに対向する磁石の極性が変化することで、電磁誘導によりコイルに電圧が発生する。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。 The Brownian motion causes the impeller to rotate. By rotating the magnet together with the impeller, the relative positional relationship between the magnet and the coil can be changed. For example, when a magnet rotates together with an impeller due to Brownian motion, the polarity of the magnet facing the coil of the north and south poles changes. By changing the polarity of the magnet facing the coil, a voltage is generated in the coil by electromagnetic induction. As a result, electric power can be generated from Brownian motion.
ある実施形態において、前記磁石は、前記羽根車と同じ回転軸を中心に回転してもよい。 In certain embodiments, the magnet may rotate about the same axis of rotation as the impeller.
同じ回転軸に羽根車と磁石とが取り付けられる。これにより、羽根車とともに磁石を回転させることができる。 An impeller and a magnet are attached to the same rotating shaft. As a result, the magnet can be rotated together with the impeller.
本発明の実施形態に係る微小機械は、エレクトレットと、第1電極と、前記エレクトレットに接続された第2電極とを備え、前記エレクトレットと前記第1電極との間の相対的な位置関係はブラウン運動により変化し、前記ブラウン運動による前記相対的な位置関係の変化に応じて電力が発生する。 The micromachine according to the embodiment of the present invention includes an electret, a first electrode, and a second electrode connected to the electret, and the relative positional relationship between the electret and the first electrode is Brown. It changes due to the movement, and electric power is generated according to the change in the relative positional relationship due to the Brownian motion.
ブラウン運動を利用してエレクトレットと第1電極との間の相対的な位置関係を変化させる。ブラウン運動により、エレクトレットと第1電極との間の相対的な位置関係はランダムに変化する。位置関係がランダムに変化する過程で、エレクトレットは第1電極に相対的に接近したり離れたりし、静電誘導により発電することができる。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。 Brownian motion is used to change the relative positional relationship between the electret and the first electrode. Due to Brownian motion, the relative positional relationship between the electret and the first electrode changes randomly. In the process of randomly changing the positional relationship, the electret moves relatively close to or away from the first electrode, and can generate electricity by electrostatic induction. As a result, electric power can be generated from Brownian motion.
ある実施形態において、前記エレクトレットは、前記ブラウン運動により前記第1電極に対して移動してもよい。 In certain embodiments, the electret may be moved relative to the first electrode by the Brownian motion.
ブラウン運動によりエレクトレットがランダムに移動する過程で、エレクトレットは第1電極に接近したり離れたりし、静電誘導により第1電極と第2電極との間に電圧が発生する。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。 In the process of randomly moving the electret due to Brownian motion, the electret approaches and moves away from the first electrode, and electrostatic induction generates a voltage between the first electrode and the second electrode. As a result, electric power can be generated from Brownian motion.
ある実施形態において、前記微小機械は、前記第1電極および前記第2電極に接続された負荷をさらに備え、静電誘導により発生した電流が前記負荷を流れてもよい。 In certain embodiments, the micromachine further comprises a load connected to the first electrode and the second electrode, and a current generated by electrostatic induction may flow through the load.
ブラウン運動により発生した電力を負荷で利用することができる。 The electric power generated by Brownian motion can be used as a load.
ある実施形態において、前記微小機械は、ブラウン運動により回転可能な羽根車をさらに備え、前記エレクトレットは、前記羽根車とともに回転してもよい。 In certain embodiments, the micromachine further comprises an impeller that is rotatable by Brownian motion, and the electret may rotate with the impeller.
ブラウン運動により羽根車は回転する。羽根車とともにエレクトレットが回転することで、エレクトレットと第1電極との間の相対的な位置関係を変化させることができる。例えば、ブラウン運動により羽根車とともにエレクトレットが回転することで、エレクトレットと第1電極との間の距離が変化する。エレクトレットと第1電極との間の距離が変化することで、静電誘導により発電することができる。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。 The Brownian motion causes the impeller to rotate. By rotating the electret together with the impeller, the relative positional relationship between the electret and the first electrode can be changed. For example, the Brownian motion causes the electret to rotate with the impeller, which changes the distance between the electret and the first electrode. By changing the distance between the electret and the first electrode, it is possible to generate electricity by electrostatic induction. As a result, electric power can be generated from Brownian motion.
ある実施形態において、前記エレクトレットは、前記羽根車と同じ回転軸を中心に回転してもよい。 In certain embodiments, the electret may rotate about the same axis of rotation as the impeller.
同じ回転軸に羽根車とエレクトレットとが取り付けられる。これにより、羽根車とともにエレクトレットを回転させることができる。 An impeller and an electret are attached to the same rotating shaft. As a result, the electret can be rotated together with the impeller.
ある実施形態において、前記エレクトレットは、前記回転軸に対して非対称に設けられていてもよい。 In certain embodiments, the electret may be provided asymmetrically with respect to the axis of rotation.
ブラウン運動により羽根車とともにエレクトレットが回転することで、エレクトレットと第1電極との間の距離を変化させることができる。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。 By rotating the electret together with the impeller due to Brownian motion, the distance between the electret and the first electrode can be changed. As a result, electric power can be generated from Brownian motion.
本発明の実施形態に係る微小機械は、ブラウン運動により回転可能な羽根車と、前記羽根車とともに回転可能な回転部材と、前記回転部材に接触する接触部材とを備え、前記接触部材と接触する前記回転部材の回転に応じて摩擦熱が発生してもよい。 The micromachine according to the embodiment of the present invention includes an impeller that can rotate by Brownian motion, a rotating member that can rotate with the impeller, and a contact member that comes into contact with the rotating member, and comes into contact with the contact member. Friction heat may be generated according to the rotation of the rotating member.
ブラウン運動を利用して摩擦熱を発生させる。ブラウン運動により、回転部材は羽根車とともに回転する。接触部材と接触する回転部材が回転することで、回転部材および接触部材に摩擦熱が発生する。これにより、ブラウン運動から熱を発生させることができる。 Friction heat is generated using Brownian motion. Due to Brownian motion, the rotating member rotates with the impeller. Friction heat is generated in the rotating member and the contact member due to the rotation of the rotating member in contact with the contact member. This allows heat to be generated from Brownian motion.
ある実施形態において、前記回転部材は、前記羽根車と同じ回転軸を中心に回転してもよい。 In certain embodiments, the rotating member may rotate about the same axis of rotation as the impeller.
同じ回転軸に羽根車と回転部材とが取り付けられる。これにより、羽根車とともに回転部材を回転させることができる。 An impeller and a rotating member are attached to the same rotating shaft. As a result, the rotating member can be rotated together with the impeller.
ある実施形態において、前記回転部材は、前記羽根車に設けられた回転軸であってもよい。 In certain embodiments, the rotating member may be a rotating shaft provided on the impeller.
ブラウン運動により、回転軸は羽根車とともに回転する。接触部材と接触する回転軸が回転することで、回転軸および接触部材に摩擦熱が発生する。これにより、ブラウン運動から熱を発生させることができる。 Due to Brownian motion, the axis of rotation rotates with the impeller. Friction heat is generated in the rotating shaft and the contact member due to the rotation of the rotating shaft in contact with the contact member. This allows heat to be generated from Brownian motion.
ある実施形態において、前記接触部材は、前記回転軸を支持する軸受であってもよい。 In certain embodiments, the contact member may be a bearing that supports the rotating shaft.
回転軸を支持する軸受は、回転軸と接触する。回転部材が回転することで、回転部材および軸受に摩擦熱が発生する。これにより、ブラウン運動から熱を発生させることができる。 The bearing that supports the rotating shaft comes into contact with the rotating shaft. Friction heat is generated in the rotating member and the bearing due to the rotation of the rotating member. This allows heat to be generated from Brownian motion.
本発明のある実施形態に係る微小機械は、磁石と、コイルとを備える。磁石とコイルとの間の相対的な位置関係はブラウン運動により変化し、ブラウン運動による相対的な位置関係の変化に応じた電磁誘導により、コイルに電圧が発生する。 A micromachine according to an embodiment of the present invention includes a magnet and a coil. The relative positional relationship between the magnet and the coil changes due to Brownian motion, and a voltage is generated in the coil by electromagnetic induction according to the change in the relative positional relationship due to Brownian motion.
本発明のある実施形態によれば、ブラウン運動を利用して磁石とコイルとの間の相対的な位置関係を変化させる。ブラウン運動により、磁石とコイルとの間の相対的な位置関係はランダムに変化する。位置関係がランダムに変化する過程で、磁石はコイルに相対的に接近したり離れたりし、電磁誘導によりコイルに電圧が発生する。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。 According to one embodiment of the invention, Brownian motion is used to change the relative positional relationship between the magnet and the coil. Due to Brownian motion, the relative positional relationship between the magnet and the coil changes randomly. In the process of randomly changing the positional relationship, the magnet moves relatively close to and away from the coil, and a voltage is generated in the coil by electromagnetic induction. As a result, electric power can be generated from Brownian motion.
本発明のある実施形態に係る微小機械は、エレクトレットと、第1電極と、エレクトレットに接続された第2電極とを備える。エレクトレットと第1電極との間の相対的な位置関係はブラウン運動により変化し、ブラウン運動による相対的な位置関係の変化に応じて電力が発生する。 A micromachine according to an embodiment of the present invention includes an electret, a first electrode, and a second electrode connected to the electret. The relative positional relationship between the electret and the first electrode changes due to Brownian motion, and electric power is generated according to the change in the relative positional relationship due to Brownian motion.
本発明のある実施形態によれば、ブラウン運動を利用してエレクトレットと電極との間の相対的な位置関係を変化させる。ブラウン運動により、エレクトレットと電極との間の相対的な位置関係はランダムに変化する。位置関係がランダムに変化する過程で、エレクトレットは電極に相対的に接近したり離れたりし、静電誘導により発電することができる。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。 According to one embodiment of the present invention, Brownian motion is used to change the relative positional relationship between the electret and the electrodes. Brownian motion randomly changes the relative positional relationship between the electret and the electrodes. In the process of randomly changing the positional relationship, the electret moves relatively close to and away from the electrodes, and can generate electricity by electrostatic induction. As a result, electric power can be generated from Brownian motion.
本発明のある実施形態に係る微小機械は、ブラウン運動により回転可能な羽根車と、羽根車とともに回転可能な回転部材と、回転部材に接触する接触部材とを備える。接触部材と接触する回転部材の回転に応じて摩擦熱が発生する。 A micromachine according to an embodiment of the present invention includes an impeller that can rotate by Brownian motion, a rotating member that can rotate with the impeller, and a contact member that comes into contact with the rotating member. Friction heat is generated according to the rotation of the rotating member that comes into contact with the contact member.
本発明のある実施形態によれば、ブラウン運動を利用して摩擦熱を発生させる。ブラウン運動により、回転部材は羽根車とともに回転する。接触部材と接触する回転部材が回転することで、回転部材および接触部材に摩擦熱が発生する。これにより、ブラウン運動から熱を発生させることができる。 According to an embodiment of the present invention, Brownian motion is used to generate frictional heat. Due to Brownian motion, the rotating member rotates with the impeller. Friction heat is generated in the rotating member and the contact member due to the rotation of the rotating member in contact with the contact member. This allows heat to be generated from Brownian motion.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る微小機械を説明する。同様の構成要素には同様の参照符号を付し、詳細な説明の繰り返しは省略する。また、以下に説明する実施形態は例であり、本発明を限定するものではない。 Hereinafter, the micromachine according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Similar components are designated by the same reference numerals, and the repetition of detailed description is omitted. Moreover, the embodiment described below is an example, and does not limit the present invention.
実施形態の説明において例示する微小機械の各部材の材料は一例であり、本発明の実施形態はそれらに限定されない。 The material of each member of the micromachine illustrated in the description of the embodiment is an example, and the embodiment of the present invention is not limited thereto.
実施形態を分かりやすく説明するために、図中のx方向を左右方向、y方向を奥行き方向、z軸方向を上下方向として、各部材の形状および部材同士の位置関係などを説明する場合がある。但し、これは、実施形態を分かりやすく説明するためにそれらの方向を用いるのであって、微小機械の動作時の向きを限定するものではない。 In order to explain the embodiment in an easy-to-understand manner, the shape of each member and the positional relationship between the members may be described with the x direction in the drawing as the left-right direction, the y direction as the depth direction, and the z-axis direction as the vertical direction. .. However, this uses those directions in order to explain the embodiment in an easy-to-understand manner, and does not limit the orientation of the micromachine during operation.
また、実施形態を分かりやすく説明するために、図面において、微小機械の内部および各種構成要素の内部を透かして示している場合がある。 Further, in order to explain the embodiment in an easy-to-understand manner, the inside of the micromachine and the inside of various components may be shown through the drawings.
本発明の実施形態に係る装置を、本明細書中では微小機械(Micromachine)と呼ぶが、この表現は装置のサイズを限定するものではない。実施形態に係る微小機械には、ナノマシン(Nanomachine)および分子マシン(Molecular Machine)も含まれる。実施形態に係る微小機械は、ブラウン運動による所望の物体の移動が得られる大きさに設定される。実施形態に係る微小機械は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)、NEMS(Nano Electro Mechanical Systems)または分子マシンと呼ぶこともできる。 The device according to the embodiment of the present invention is referred to as a micromachine in the present specification, but this expression does not limit the size of the device. Micromachines according to embodiments also include nanomachines and molecular machines. The micromachine according to the embodiment is set to a size that allows movement of a desired object by Brownian motion. The micromachine according to the embodiment can also be referred to as a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), a NEMS (Nano Electro Mechanical Systems) or a molecular machine.
本発明の実施形態に係る微小機械は、微細加工技術を用いて製造される。実施形態に係る微小機械は、例えば、マイクロマシン、ナノマシンおよび分子マシンの製造方法を用いて製造される。分子マシンの製造方法は合成方法とも称される。実施形態に係る微小機械は、例えば、半導体製造技術を用いて製造することができる。実施形態に係る微小機械は、例えば、フォトリソグラフィを用いて製造することができる。実施形態に係る微小機械は、例えば、光リソグラフィ、X線リソグラフィおよび極端紫外線リソグラフィ(Extreme ultraviolet lithography)などのリソグラフィ技術を用いて製造することができる。実施形態に係る微小機械は、任意の微細加工技術を組み合わせて製造され得る。 The micromachine according to the embodiment of the present invention is manufactured by using a microfabrication technique. The micromachine according to the embodiment is manufactured using, for example, a method for manufacturing a micromachine, a nanomachine, and a molecular machine. The method for manufacturing a molecular machine is also called a synthetic method. The micromachine according to the embodiment can be manufactured by using, for example, a semiconductor manufacturing technique. The micromachine according to the embodiment can be manufactured using, for example, photolithography. The micromachine according to the embodiment can be manufactured using, for example, lithography techniques such as optical lithography, X-ray lithography, and extreme ultraviolet lithography. The micromachine according to the embodiment can be manufactured by combining any microfabrication technique.
図1は、本発明の実施形態に係る微小機械1を示す斜視図である。特徴を分かり易く説明するために、図1では、微小機械1の内部を透かして示している。図2は、微小機械1の内部を示す図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a
微小機械1は、第1の部屋51と第2の部屋52とを備える。本明細書において、第1の部屋51を第1エリア、第2の部屋52は第2エリアとそれぞれ称する場合がある。微小機械1は、壁53および54を備える。壁53で囲まれたエリアが第1の部屋51である。壁54で囲まれたエリアが第2の部屋52である。第1の部屋51と第2の部屋52との間には、第1の部屋51と第2の部屋52とを隔てる隔壁60が設けられている。第1の部屋51上部の天井部分も壁53の一部であり得る。第2の部屋52下部の底部分も壁54の一部であり得る。隔壁60は壁53の一部であってもよい。隔壁60は壁54の一部であってもよい。壁53、54および隔壁60の材料は任意である。壁53、54および隔壁60は、その材料として例えばシリコンを含む。壁53、54および隔壁60の材料として、化合物半導体、不純物半導体などの半導体材料が用いられてもよい。壁53、54および隔壁60の材料として、例えば熱伝導性が比較的小さい材料が用いられ得る。
The
第1の部屋51の内部には、複数の流体の分子2が入っている。第2の部屋52の内部にも分子2が入っていてもよいが、入っていなくてもよい。分子2としては、ブラウン運動を発生させることが可能な任意の分子を用いることができる。分子2は、単原子分子であってもよい。本明細書において、流体は、媒体とも称することができる。流体は、例えば、気体、液体、気体と液体の混合物のいずれかである。流体は、例えば、希ガス、窒素ガスなどの気体である。流体は、例えば、水、油、アルコールなどの液体である。流体は、例えば、有機溶媒および無機溶媒などの液体である。ここで挙げた流体および流体の分子は一例であり、本発明の実施形態はこれらに限定されない。分子2は、第1の部屋51に内蔵されていてもよいし、微小機械1の周囲の環境から第1の部屋51に供給されてもよい。
A plurality of
第1の部屋51の内部には、磁石10が位置している。磁石10は、例えば永久磁石である。
A
特開2012−145567号公報には、日本の東京大学の研究者らが開発したサブミクロンサイズの永久磁石が開示されている。その永久磁石はイプシロン型酸化鉄系化合物を含む。特開2012−145567号公報には、太さ約10〜100nm、長さ約100〜2000nmのロッド状の永久磁石を製造する方法が開示されている。この製造方法で製造された永久磁石の保磁力は、例えば約20kOeと大きい。本実施形態では、例えば、特開2012−145567号公報に開示の方法で製造された永久磁石を磁石10として用いることができる。本明細書では、特開2012−145567号公報を参考のために援用する。
Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-145567 discloses a submicron-sized permanent magnet developed by researchers at the University of Tokyo in Japan. The permanent magnet contains an epsilon-type iron oxide-based compound. Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-145567 discloses a method for producing a rod-shaped permanent magnet having a thickness of about 10 to 100 nm and a length of about 100 to 2000 nm. The coercive force of the permanent magnet manufactured by this manufacturing method is as large as about 20 kOe, for example. In this embodiment, for example, a permanent magnet manufactured by the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-145567 can be used as the
なお、特開2012−145567号公報の製造方法は、サブミクロンサイズの永久磁石の製造方法の一例として挙げているのであり、本実施形態の磁石10はこの製造方法で製造された磁石に限定されない。その他の方法で製造された永久磁石を磁石10として用いてもよい。また、磁石10の組成も、特開2012−145567号公報に開示の組成と異なっていてもよい。
The manufacturing method of JP2012-145567A is given as an example of a manufacturing method of a submicron size permanent magnet, and the
磁石10のサイズは、例えば、太さ約10〜100nm、長さ約100〜2000nmであるが、それに限定されない。磁石10はそれよりも大きくてもよいし、小さくてもよい。磁石10は、微小機械1において所望のブラウン運動が得られるサイズに設定される。
The size of the
第1の部屋51のサイズは、磁石10のランダムな運動が得られる大きさであればよい。例えば、幅、奥行き、高さのそれぞれの長さは、0.5μmから10μmであるが、これに限定されない。第1の部屋51は、微小機械1において所望のブラウン運動が得られるサイズに設定される。
The size of the
流体の分子2は、熱運動として、第1の部屋51内をランダムに動き回っている。動き回る複数の分子2は、磁石10にランダムに衝突する。本明細書において、衝突とは、物体同士が接触することに限定されず、物体同士が実質的に接触したとみなされる距離まで接近することも含まれる。例えば、衝突には、ある物体が他の物体に運動エネルギーを提供する程度に接近することも含まれる。ここで言う“物体”には1個の分子および1個の原子も含まれる。
The
複数の分子2がランダムに衝突した磁石10は、ランダムに運動する。熱運動する分子が物体にランダムに衝突することによりその物体に発生する運動は、ブラウン運動と呼ばれる。ブラウン運動により磁石10はランダムに動き回る。
The
第1の部屋51には、コイル20が設けられている。この例では、コイル20は、隔壁60の第1の部屋51側の表面に設けられている。コイル20の配置位置は任意である。例えば、コイル20は、壁53に設けられていてもよい。
A
コイル20は、例えば、空芯コイルである。図1に示す例では、コイル20は、渦巻き状の平面コイルである。コイル20はソレノイドコイルなどの他の種類のコイルであってもよい。コイル20の形状は、電磁誘導によって電圧を発生させることができる任意の形状でよい。コイル20は、導電性材料を含む。導電性材料は、例えば金属材料である。金属材料は例えば、銅、アルミ、金、銀などであるが、これに限定されない。コイル20の材料として、任意の導電性材料を用いることができる。導電性材料は、例えば、炭素であってもよい。コイルのサイズは、磁石10のブラウン運動により電磁誘導が発生するサイズであればよい。例えば、コイルの直径は、0.1μmから10μmであるが、これに限定されない。
The
コイル20の端部21および22には、配線41および42が電気的に接続されている。配線41および42には負荷30が電気的に接続されている。負荷30は、第2の部屋52の内部に位置している。負荷30は、例えば抵抗器であるが、それに限定されない。負荷30は、例えば、コイル20の材料よりも電気抵抗値が大きい材料を含む。負荷30は、例えば、コイル形状など、電気抵抗値が大きくなりやすい形状を有していてもよい。配線41および42が隔壁60を貫通することで、第1の部屋51内のコイル20と、第2の部屋52内の負荷30とが電気的に接続されている。第2の部屋52のサイズは、負荷30を配置できる大きさであればよい。第2の部屋52のサイズは任意であり、第1の部屋51と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
図3(a)から図3(f)は、ブラウン運動により、第1の部屋51内をランダムに移動する磁石10を示す図である。
3 (a) to 3 (f) are views showing a
磁石10のブラウン運動により、磁石10とコイル20との間の相対的な位置関係はランダムに変化する。ブラウン運動による相対的な位置関係の変化に応じた電磁誘導により、コイル20には電圧が発生する。
Due to the Brownian motion of the
図1から図3に示す例では、磁石10は、ブラウン運動により、第1の部屋51内をランダムに移動する。磁石10がランダムに移動する過程で、磁石10はコイル20に接近したり離れたりし、電磁誘導によりコイル20に電圧が発生する。これにより、ブラウン運動から電力(電気エネルギー)を発生させることができる。また、磁石10がランダムに移動する過程で、コイル20の方を向く磁石10の極性が変化することで、電磁誘導によりコイル20に電圧が発生する。これによっても、ブラウン運動から電力を発生させることができる。
In the example shown in FIGS. 1 to 3, the
本実施形態では、コイル20には、負荷30が接続されている。電磁誘導によりコイル20に流れる電流は、負荷30に供給される。このように、ブラウン運動により発生した電力を負荷30で利用することができる。
In this embodiment, the
例えば、電流が供給された負荷30は、熱を発生させる。これにより、ブラウン運動から特定のエリア(第2の部屋52)に熱を発生させることができる。
For example, the
負荷30が熱を発生させることで、第2の部屋52の温度は第1の部屋51の温度よりも高くなる。例えば、第1の部屋51および第2の部屋52の温度が均一であったとしても、そこから第1の部屋51と第2の部屋52との間で温度差を発生させることができる。すなわち、エントロピーを減少させることができる。元々温度が均一な二つの部屋に対して、物理学上の仕事をすることなしに、それら二つの部屋の間で温度差を発生させる現象は、物理学においてマクスウェルの悪魔(Maxwell's Demon)と呼ばれる。本実施形態では、マクスウェルの悪魔と呼ばれる現象を実現できる。
As the
本実施形態では、第1の部屋51と第2の部屋52との間には隔壁60が設けられている。第1の部屋51と第2の部屋52との間の熱の移動を隔壁60が抑制することにより、第1の部屋51と第2の部屋52との間の温度差を大きくすることができる。すなわち、エントロピーをより大きく減少させることができる。
In the present embodiment, a
なお、発生させた電力を微小機械1の外部へ出力し、その電力を外部装置で活用してもよい。
The generated electric power may be output to the outside of the
図4は、微小機械1の内部の一部を拡大して示す図である。
FIG. 4 is an enlarged view showing a part of the inside of the
図4に示す例では、磁石10の表面は、コーティング膜15で被覆されている。コイル20、壁53、隔壁60の表面は、コーティング膜16で被覆されている。コーティング膜15および16により、磁石10が、コイル20、壁53および隔壁60に吸着することを抑制することができる。
In the example shown in FIG. 4, the surface of the
コーティング膜15および16は、互いに同じ材料を含んでいてもよいし、互いに異なる材料を含んでいてもよい。コーティング膜15および16は、例えば分散剤を含む。コーティング膜15および16は、例えば界面活性剤を含む。例えば、磁性流体では、粒子の表面を界面活性剤で覆うことにより、凝集を防止している。磁性流体と同様に、微小機械1の構成要素の少なくとも一部をコーティング膜で覆うことにより、磁石10が他の部材に吸着することを抑制できる。
The coating
コーティング膜15および16の材料としては、吸着、凝集を抑制できる任意の材料を用いることができる。コーティング膜15および16の材料として、分散剤、界面活性剤以外の材料が用いられてもよい。
As the material of the
なお、コーティング膜15および16の一方が無くても吸着が発生しない場合は、コーティング膜15および16の一方は省略されてもよい。コーティング膜15および16の両方が無くても吸着が発生しない場合は、コーティング膜15および16の両方が省略されてもよい。
If adsorption does not occur even without one of the
磁石10の形状は任意である。磁石10の形状は、例えば、図1に示したような棒形状であってもよい。また、例えば、図5に示すように、磁石10は円盤形状であってもよい。図5は、磁石10およびコイル20の形状の例を示す図である。上述したように、コイル20の形状は任意である。図5はコイル20の例として、ソレノイドコイルを示している。ソレノイドコイルは、例えば、カーボンナノコイルであってもよい。
The shape of the
次に、コイル20を複数個備える微小機械1の例を説明する。図6は、コイル20を複数個備える微小機械1を示す図である。図6に示す例では、隔壁60の第1の部屋51側の表面に複数のコイル20が設けられている。複数のコイル20の配置位置は任意であり、例えば、隔壁60と壁53とに分散されて配置されていてもよい。また、例えば、複数のコイル20は、隔壁60には配置されずに、壁53に配置されていてもよい。
Next, an example of the
第2の部屋52には、複数の負荷30が位置している。複数のコイル20のそれぞれは、配線41および42を介して、負荷30に電気的に接続されている。
A plurality of
磁石10と複数のコイル20との間の相対的な位置関係はブラウン運動により変化する。ブラウン運動による相対的な位置関係の変化に応じた電磁誘導により、複数のコイル20の少なくとも一つに電圧が発生する。1個の磁石10に対して複数のコイル20を配置することで、磁石10がいずれかのコイル20に接近する機会を増やすことができる。これにより、ブラウン運動による発電の機会を増やすことができる。
The relative positional relationship between the
電磁誘導により少なくとも一つのコイル20に流れる電流が、少なくとも一つの負荷30に供給される。これにより、ブラウン運動により発生した電力を負荷30で利用することができる。
The current flowing through at least one
例えば、複数の負荷30のうちの電流が流れた負荷30は熱を発生させる。ブラウン運動から第2の部屋52に熱を発生させることができる。例えば、第1の部屋51および第2の部屋52の温度が均一であったとしても、そこから第1の部屋51と第2の部屋52との間で温度差を発生させることができる。すなわち、エントロピーを減少させることができる。これにより、物理学においてMaxwell's Demonと呼ばれる現象を実現できる。
For example, of the plurality of
また、微小機械1は第1の部屋51を複数個備えていてもよい。図7は、第1の部屋51を複数個備える微小機械1を示す図である。
Further, the
複数の第1の部屋51のそれぞれの内部には、磁石10および流体の分子2が入っている。複数の第1の部屋51のそれぞれには、コイル20が設けられている。磁石10同士が互いに引き寄せられない程度に、部屋同士の距離は開けられ得る。
A
ここで、“磁石10同士が互いに引き寄せられない”について説明する。磁石10同士の間には磁力により互いに引き合う力(引力)が大なり小なり発生するものの、ブラウン運動により磁石10を移動させる力の方がその引力よりも大きい場合は、磁石10同士は離れることができる。例えば、部屋の壁を隔てて二つの磁石10同士が最接近した状態で発生する引力よりも、ブラウン運動により磁石10を移動させる力の方が大きい場合は、磁石10同士は離れることができる。例えば、このような状態は、“磁石10同士が互いに引き寄せられない”に該当する。
Here, "the
複数の磁石10は、複数の第1の部屋51のうちの互いに異なる部屋に位置している。複数のコイル20は、複数の第1の部屋51のうちの互いに異なる部屋に位置している。複数の負荷30は、第2の部屋52に位置している。複数のコイル20のそれぞれは、配線41および42を介して、負荷30に電気的に接続されている。
The plurality of
例えば、複数の負荷30のうちの電流が流れた負荷30は熱を発生させる。ブラウン運動から第2の部屋52に熱を発生させることができる。例えば、第1の部屋51および第2の部屋52の温度が均一であったとしても、そこから第1の部屋51と第2の部屋52との間で温度差を発生させることができる。すなわち、エントロピーを減少させることができる。これにより、物理学においてMaxwell's Demonと呼ばれる現象を実現できる。
For example, of the plurality of
また、微小機械1は、図6に例示した第1の部屋51を複数個備えていてもよい。図8は、第1の部屋51を複数個備える微小機械1を示す図である。
Further, the
図8に示す例では、一つの第1の部屋51に複数のコイル20が設けられている。複数のコイル20のそれぞれは、配線41および42を介して、負荷30に電気的に接続されている。
In the example shown in FIG. 8, a plurality of
電磁誘導により少なくとも一つのコイル20に流れる電流が、少なくとも一つの負荷30に供給される。これにより、ブラウン運動により発生した電力を負荷30で利用することができる。
The current flowing through at least one
例えば、複数の負荷30のうちの電流が流れた負荷30は熱を発生させる。ブラウン運動から第2の部屋52に熱を発生させることができる。例えば、第1の部屋51および第2の部屋52の温度が均一であったとしても、そこから第1の部屋51と第2の部屋52との間で温度差を発生させることができる。すなわち、エントロピーを減少させることができる。これにより、物理学においてMaxwell's Demonと呼ばれる現象を実現できる。
For example, of the plurality of
次に、熱電素子を備える微小機械1を説明する。図9は、熱電素子33を備える微小機械1を示す図である。
Next, a
熱電素子33は、例えばゼーベック素子である。熱電素子33は、配線43および44を介して負荷31に接続されている。熱電素子33は、その少なくとも一部が第2の部屋52に位置するように配置される。熱電素子33は、熱電素子33には複数の負荷30が発生させた熱が供給される。熱電素子33に熱を供給することで、熱電素子33に電力を発生させることができる。熱が供給された熱電素子33には電圧が発生し、負荷31に電流が供給される。複数の負荷30が発生させた熱が熱電素子33に供給されることで、より大きい電力を発生させ得る。
The
なお、図1に示す微小機械1および図6に示す微小機械1に熱電素子33が設けられてもよい。これらの形態においても、少なくとも一つの負荷30が発生させた熱が熱電素子33に供給される。熱電素子33に熱を供給することで、熱電素子33に電力を発生させることができる。
The
次に、磁石10の回転に用いられる回転軸(回転シャフト)を備えた微小機械1を説明する。図10は、回転軸11を備える微小機械1を示す図である。
Next, a
図10に示す例では、磁石10に回転軸11が設けられている。磁石10は、回転軸11を中心に回転可能である。回転軸11は、例えば、壁53に直接または間接的に支持されている。例えば、回転軸11は、壁53に設けられた軸受(図示せず)によって支持されている。
In the example shown in FIG. 10, the
磁石10には、分子2がランダムに衝突する。ブラウン運動により磁石10は回転する。本明細書において、回転は、1回転以上の回転、1回転未満の回転の両方の意味を含む。回転には、揺動も含まれる。磁石10が回転することで、磁石10とコイル20との間の相対的な位置関係を変化させることができる。
例えば、ブラウン運動により磁石10が回転することで、磁石10のN極およびS極のうちのコイル20に対向する極性が変化する。コイル20に対向する磁石10の極性が変化することで、電磁誘導によりコイル20に電圧が発生する。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。
For example, when the
磁石10は、回転可能な基台に設けられていてもよい。図11は、回転可能な基台12を備える微小機械1を示す図である。
The
図11に示す例では、基台12に回転軸11が設けられている。基台12は、回転軸11を中心に回転可能な回転部材である。磁石10は、基台12に固定されている。磁石10および基台12には、分子2がランダムに衝突する。ブラウン運動により、磁石10は回転部材12とともに回転する。ブラウン運動により回転部材12とともに磁石10が回転することで、磁石10とコイル20との間の相対的な位置関係を変化させることができる。
In the example shown in FIG. 11, the rotating
例えば、ブラウン運動により回転部材12とともに磁石10が回転することで、磁石10のN極およびS極のうちのコイル20に対向する極性が変化する。コイル20に対向する磁石10の極性が変化することで、電磁誘導によりコイル20に電圧が発生する。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。
For example, when the
図10および図11に示す形態において、配線41および42を長くし、コイル20と負荷30との間の距離が十分に長い場合は、隔壁60は省略されてもよい。
In the modes shown in FIGS. 10 and 11, if the
次に、コイル20から発生した電力をキャパシタに蓄積する微小機械1を説明する。図12は、キャパシタ36を備える微小機械1を示す図である。
Next, the
図12に示す微小機械1は、整流器35と、キャパシタ36とを備える。コイル20は、配線41および42を介して整流器35の入力端に電気的に接続されている。整流器35の出力端は、キャパシタ36に電気的に接続されている。キャパシタ36は、負荷30に電気的に接続されている。整流器35には、コイル20に発生した電圧が供給される。整流器35の出力信号は、キャパシタ36に供給され、キャパシタ36に電荷が蓄積される。
The
整流器35は、コイル20に発生する電圧信号を整流する。整流器35から整流された信号が出力され、キャパシタ36に供給される。これにより、キャパシタ36に電荷を蓄積することができる。キャパシタ36に蓄積した電力を出力することで、大きな電力を外部に出力させることができる。
The
なお、微小機械1は、第1の部屋51を複数個備えていてもよい。図13は、第1の部屋51を複数個備える微小機械1を示す図である。
The
複数の第1の部屋51のそれぞれの内部には、磁石10および流体の分子2が入っている。複数の第1の部屋51のそれぞれには、コイル20が設けられている。磁石10同士が互いに引き寄せられない程度に、部屋同士の距離は開けられ得る。
A
複数の磁石10は、複数の第1の部屋51のうちの互いに異なる部屋に位置している。複数のコイル20は、複数の第1の部屋51のうちの互いに異なる部屋に位置している。複数の整流器35は、第2の部屋52に位置している。複数のコイル20のそれぞれは、配線41および42を介して、整流器35に電気的に接続されている。複数の整流器35には、複数のコイル20のうちの電気的に接続されたコイル20に発生した電圧が供給される。複数の整流器35の出力信号は、キャパシタ36に供給される。
The plurality of
複数のコイル20に発生した電圧信号を整流し、整流された出力信号をキャパシタ36に供給する。これにより、キャパシタ36により多くの電荷を蓄積することができる。キャパシタ36に蓄積した電力を出力することで、より大きな電力を外部に出力させることができる。
The voltage signals generated in the plurality of
次に、羽根車を備えた微小機械1を説明する。図14は、ブラウン運動により回転可能な羽根車70を備えた微小機械1を示す図である。
Next, the
図10に示す例では、第1の部屋51内に羽根車70が設けられている。磁石10および羽根車70は、回転軸(回転シャフト)71に固定されている。磁石10および羽根車70は、同じ回転軸71を中心に回転可能である。回転軸71は、例えば、壁53に直接または間接的に支持されている。例えば、回転軸71は、壁53に設けられた軸受72によって支持されている。壁53と軸受72とは一体に形成されていてもよい。軸受72は壁53に形成された穴であってもよい。
In the example shown in FIG. 10, the
図15(a)から図15(c)は、ブラウン運動により回転する磁石10および羽根車70を示す図である。
15 (a) to 15 (c) are views showing a
磁石10および羽根車70には、分子2がランダムに衝突する。ブラウン運動により、羽根車70と磁石10とはともに回転する。磁石10および羽根車70の両方が回転軸71に固定されている。羽根車70の回転は回転軸71を介して磁石10に伝達され、磁石10は羽根車70とともに回転する。
上述したように、非特許文献1の著者であるファインマンは、羽根車の回転を一方向に制限することはできないと考察している。しかし、非特許文献1の中で、ファインマンは、羽根車がランダムに回転方向を変化させながら回転することは認めている。ブラウン運動はランダムな運動であるため、当然、羽根車はランダムに回転する。上述したように、実施形態における“回転”は、1回転以上の回転、1回転未満の回転の両方の意味を含む。実施形態における回転は、揺動の意味も含む。
As mentioned above, Feynman, the author of
ブラウン運動により、羽根車70とともに磁石10が、ランダムに回転方向を変化させながら回転することで、磁石10とコイル20との間の相対的な位置関係を変化させることができる。本明細書において、相対的な位置関係の変化とは、一方の部材から見て、他方の部材が回転することも含む。例えば、相対的な位置関係の変化とは、磁石10のN極およびS極のうちのコイル20に対向する極性が変化することも含む。
By Brownian motion, the
例えば、羽根車70とともに磁石10が回転することで、磁石10のN極およびS極のうちのコイル20に対向する極性が変化する。コイル20に対向する磁石10の極性が変化することで、電磁誘導によりコイル20に電圧が発生する。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。
For example, when the
図14に示す例では、電磁誘導によりコイル20に流れる電流は、負荷30に供給される。これにより、ブラウン運動により発生した電力を負荷30で利用することができる。
In the example shown in FIG. 14, the current flowing through the
例えば、負荷30は熱を発生させる。ブラウン運動から第2の部屋52に熱を発生させることができる。例えば、第1の部屋51および第2の部屋52の温度が均一であったとしても、そこから第1の部屋51と第2の部屋52との間で温度差を発生させることができる。すなわち、エントロピーを減少させることができる。これにより、物理学においてMaxwell's Demonと呼ばれる現象を実現できる。
For example, the
なお、微小機械1は、コイル20を複数個備えていてもよい。図16は、コイル20を複数個備える微小機械1を示す図である。図16に示す例では、磁石10に対向するように二個のコイル20が設けられている。複数のコイル20の配置位置は任意であり、第1の部屋51内に分散されて配置されていてもよい。
The
第2の部屋52には、複数の負荷30が位置している。複数のコイル20のそれぞれは、配線41および42を介して、負荷30に電気的に接続されている。
A plurality of
磁石10と複数のコイル20との間の相対的な位置関係はブラウン運動により変化する。ブラウン運動による相対的な位置関係の変化に応じた電磁誘導により、複数のコイル20に電圧が発生する。
The relative positional relationship between the
電磁誘導により複数のコイル20に流れる電流が、複数の負荷30に供給される。これにより、ブラウン運動により発生した電力を負荷30で利用することができる。
The current flowing through the plurality of
例えば、複数の負荷30は熱を発生させる。ブラウン運動から第2の部屋52に熱を発生させることができる。例えば、第1の部屋51および第2の部屋52の温度が均一であったとしても、そこから第1の部屋51と第2の部屋52との間で温度差を発生させることができる。すなわち、エントロピーを減少させることができる。これにより、物理学においてMaxwell's Demonと呼ばれる現象を実現できる。
For example, the plurality of
なお、磁石10と羽根車70とが一体に形成されていてもよい。図17は、磁石10と羽根車70とが一体に形成されている微小機械1を示す図である。一体に形成された磁石10および羽根車70は、コイル20に対向する位置に配置される。
The
上記の例では、磁石10およびコイル20は、第1の部屋51内に配置されていたが、第2の部屋52内に配置されてもよい。図18は、第2の部屋52内に磁石10およびコイル20が配置された微小機械1を示す図である。羽根車70は、第1の部屋51内に配置されている。
In the above example, the
図18に示す例では、磁石10および羽根車70は、同じ回転軸71に固定されている。磁石10および羽根車70は、同じ回転軸71を中心に回転可能である。回転軸71は、例えば、壁53および壁54に直接または間接的に支持されている。例えば、回転軸71は、壁53および壁54に設けられた軸受72によって支持されている。
In the example shown in FIG. 18, the
ブラウン運動により羽根車70とともに磁石10が回転することで、磁石10とコイル20との間の相対的な位置関係を変化させることができる。例えば、羽根車70とともに磁石10が回転することで、磁石10のN極およびS極のうちのコイル20に対向する極性が変化する。コイル20に対向する磁石10の極性が変化することで、電磁誘導によりコイル20に電圧が発生する。発生させた電力は負荷30に供給されてもよい。この場合、負荷30は、第2の部屋52とは異なる位置に配置されていてもよい。
By rotating the
また、コイル20に発生した電力を、負荷30などのコイル20外部に出力しなかった場合、発生した電力はコイル20内で熱に変わる。コイル20が熱を発生させることで、第2の部屋52の温度は第1の部屋51の温度よりも高くなる。例えば、第1の部屋51および第2の部屋52の温度が均一であったとしても、そこから第1の部屋51と第2の部屋52との間で温度差を発生させることができる。すなわち、エントロピーを減少させることができる。これにより、物理学においてMaxwell's Demonと呼ばれる現象を実現できる。
Further, when the electric power generated in the
また、第1の部屋51は省略されてもよい。図19は、第1の部屋51が省略された微小機械1を示す図である。羽根車70は、第2の部屋52の外部に配置されている。外部環境には流体の分子2が存在する。これら外部環境の分子2は、羽根車70に衝突する。ブラウン運動により、羽根車70と磁石10とはともに回転する。磁石10の回転に伴い、コイル20に電圧を発生させることができる。
Further, the
発生した電力は外部装置へ出力してもよい。発生した電力をコイル20内で熱に変えた場合は、第2の部屋52の外部よりも、第2の部屋52内部の温度を高くすることができる。
The generated power may be output to an external device. When the generated electric power is converted into heat in the
次に、エレクトレットを用いて発電する微小機械1を説明する。図20は、エレクトレット80を備えた微小機械1を示す図である。
Next, the
図20に示す微小機械1は、エレクトレット80と、第1電極81と、エレクトレット80に接続された第2電極82とを備える。図14に示す微小機械1と比較して、図20に示す微小機械1では、磁石10およびコイル20の代わりに、エレクトレット80、第1電極81および第2電極82を備える。
The
図20に示す例では、エレクトレット80および第2電極82は、羽根車70と同じく回転軸71に固定されている。エレクトレット80および第2電極82は、同じ回転軸71を中心に羽根車70とともに回転可能である。
In the example shown in FIG. 20, the
図21(a)から図21(c)は、ブラウン運動により回転するエレクトレット80、第2電極82および羽根車70を示す図である。
21 (a) to 21 (c) are views showing an
エレクトレット80は、回転軸71に対して非対称に設けられている。ブラウン運動により羽根車70とともにエレクトレット80が回転することで、エレクトレット80と第1電極81との間の距離を変化させることができる。エレクトレット80と第1電極81との間の相対的な位置関係はブラウン運動により変化する。ブラウン運動による相対的な位置関係の変化に応じて電力を発生させることができる。この例では、エレクトレット80は、ブラウン運動により第1電極81に対して移動する。
The
ブラウン運動により、エレクトレット80と第1電極81との間の相対的な位置関係はランダムに変化する。位置関係がランダムに変化する過程で、エレクトレット80は第1電極81に相対的に接近したり離れたりし、静電誘導により第1電極81と第2電極82との間に電圧が発生する。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。
Due to Brownian motion, the relative positional relationship between the
第1電極81および第2電極82は、配線41および42を介して負荷30に電気的に接続されている。図20に示す例では、回転軸71および軸受72は導電性を有している。配線42は軸受72に電気的に接続されている。第2電極82は、回転軸71、軸受72、配線42を介して負荷30に電気的に接続されている。
The
静電誘導により発生した電流が負荷30を流れる。ブラウン運動により発生した電力を負荷30で利用することができる。
The current generated by electrostatic induction flows through the
次に、物体同士の摩擦により熱を発生させる微小機械1を説明する。図22は、物体同士の摩擦により熱を発生させる微小機械1を示す図である。
Next, the
図22に示す微小機械1は、羽根車70と、羽根車70とともに回転可能な回転部材90と、回転部材90に接触する接触部材91とを備える。図18に示す微小機械1と比較して、図22に示す微小機械1では、磁石10およびコイル20の代わりに、回転部材90および接触部材91を備える。
The
図22に示す例では、回転部材90は、羽根車70と同じく回転軸71に固定されている。回転部材90は、同じ回転軸71を中心に羽根車70とともに回転可能である。接触部材91の一部は、第2の部屋52の壁、天井部、底部等に、直接または間接的に固定されている。接触部材91の別の一部は、回転部材90と接触している。接触部材91は弾性を有する。接触部材91の弾性力は、接触部材91を回転部材90に押し付ける方向に作用する。
In the example shown in FIG. 22, the rotating
回転部材90は、例えば円盤形状を有するが、これに限定されず、別の形状であってもよい。回転部材90は、例えば、接触部材91を接触する回転部材90が、特定の方向の回転に偏らないような形状を有する。例えば、上述したラチェット機構のような形状を回転部材90が有さないようにする。回転部材90は、例えば、右回転方向および左回転方向に対して対称な形状を有する。
The rotating
ブラウン運動により、羽根車70とともに回転部材90は回転する。接触部材91と接触する回転部材90が回転することで、回転部材90および接触部材91に摩擦熱が発生する。この例では、ブラウン運動を利用して摩擦熱を発生させることができる。すなわち、ブラウン運動から熱を発生させることができる。
Due to the Brownian motion, the rotating
第2の部屋52内で摩擦熱が発生することで、第2の部屋52の温度は第1の部屋51の温度よりも高くなる。例えば、第1の部屋51および第2の部屋52の温度が均一であったとしても、そこから第1の部屋51と第2の部屋52との間で温度差を発生させることができる。すなわち、エントロピーを減少させることができる。これにより、物理学においてMaxwell's Demonと呼ばれる現象を実現できる。
Due to the frictional heat generated in the
摩擦熱を発生させる回転部材は、羽根車70に設けられた回転軸71であってもよい。
The rotating member that generates frictional heat may be a
図23は、回転軸71が摩擦熱を発生させる微小機械1を示す図である。
FIG. 23 is a diagram showing a
図23に示す例では、回転部材と接触する接触部材は、回転軸71を支持する軸受73である。軸受73は、例えば、第2の部屋52の壁に設けられる。回転軸71を支持する軸受73は、回転軸71と接触している。
In the example shown in FIG. 23, the contact member that comes into contact with the rotating member is a
ブラウン運動により、回転軸71は羽根車70とともに回転する。軸受73と接触する回転軸71が回転することで、回転軸71および軸受73に摩擦熱が発生する。これにより、ブラウン運動から熱を発生させることができる。
Due to Brownian motion, the rotating
なお、図22に示すような接触部材91が回転軸71と接触し、摩擦熱を発生させてもよい。
The
なお、上述した実施形態において、配線41および42を長くし、コイル20と負荷30との間の距離を長くしてもよい。コイル20から出力された電流が負荷30に供給可能な範囲で、配線41および42を長くしてもよい。
In the above-described embodiment, the
上述した羽根車の形状は任意である。例えば、羽根車は歯車形状を有していてもよい。また、磁石およびエレクトレットが羽根車の形状または羽根の形状を有していてもよい。 The shape of the impeller described above is arbitrary. For example, the impeller may have a gear shape. Further, the magnet and the electret may have the shape of an impeller or the shape of a blade.
上述した実施形態において、磁石10が固定され、コイル20がブラウン運動により移動してもよい。これによっても、磁石10とコイル20との間の相対的な移動は実現できる。この場合、コイル20の周辺部にコイル20に接触可能な導体を配置し、電磁誘導により電流が発生しているコイルとその導体が接触しているときに、導体を介してコイル20から電流が出力されてもよい。
In the above-described embodiment, the
以上、本発明の例示的な実施形態を説明した。 An exemplary embodiment of the present invention has been described above.
本発明の実施形態に係る微小機械1は、磁石10と、コイル20とを備える。磁石10とコイル20との間の相対的な位置関係はブラウン運動により変化し、ブラウン運動による相対的な位置関係の変化に応じた電磁誘導により、コイル20に電圧が発生する。
The
ブラウン運動を利用して磁石10とコイル20との間の相対的な位置関係を変化させる。ブラウン運動により、磁石10とコイル20との間の相対的な位置関係はランダムに変化する。位置関係がランダムに変化する過程で、磁石10はコイル20に相対的に接近したり離れたりし、電磁誘導によりコイル20に電圧が発生する。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。
The Brownian motion is used to change the relative positional relationship between the
ある実施形態において、磁石10は、ブラウン運動によりコイル20に対して移動してもよい。ブラウン運動により磁石10がランダムに移動する過程で、磁石10はコイル20に接近したり離れたりし、電磁誘導によりコイル20に電圧が発生する。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。
In certain embodiments, the
ある実施形態において、微小機械1は、コイル20に接続された負荷30をさらに備え、電磁誘導によりコイル20に流れる電流が負荷30に供給されてもよい。ブラウン運動により発生した電力を負荷30で利用することができる。
In certain embodiments, the
ある実施形態において、電流が供給された負荷30は、熱を発生させてもよい。ブラウン運動から特定のエリアに熱を発生させることができる。
In certain embodiments, the current-supplied
ある実施形態において、磁石10およびコイル20は、第1エリア51に位置し、負荷30は、第1エリア51とは異なる第2エリア52に位置し、負荷30が熱を発生させることで、第2エリア52の温度は第1エリア51の温度よりも高くなってもよい。
In one embodiment, the
ブラウン運動から第2エリア52に熱を発生させることができる。例えば、第1エリア51および第2エリア52の温度が均一であったとしても、そこから第1エリア51と第2エリア52との間で温度差を発生させることができる。すなわち、エントロピーを減少させることができる。これにより、物理学においてMaxwell’s demonと呼ばれる現象を実現できる。
Heat can be generated in the
ある実施形態において、第1エリア51と第2エリア52との間には隔壁60が設けられていてもよい。第1エリア51と第2エリア52との間の熱の移動を隔壁60が抑制することにより、第1エリア51と第2エリア52との間の温度差を大きくすることができる。すなわち、エントロピーをより大きく減少させることができる。これにより、物理学においてMaxwell’s demonと呼ばれる現象を実現できる。
In certain embodiments, a
ある実施形態において、微小機械1は、熱電素子33をさらに備え、熱電素子33には負荷30が発生させた熱が供給されてもよい。熱電素子33に熱を供給することで、熱電素子33に電力を発生させることができる。
In certain embodiments, the
ある実施形態において、微小機械1は、複数の磁石10と、複数のコイル20と、複数の負荷30と、複数の第1エリア51と、複数の第1エリア51とは異なる第2エリア52と、を備える。複数の磁石10は、複数の第1エリア51のうちの互いに異なる第1エリア51に位置し、複数のコイル20は、複数の第1エリア51のうちの互いに異なる第1エリア51に位置し、複数の負荷30は、第2エリア52に位置し、複数の負荷30のうちの電流が流れた負荷30は熱を発生させてもよい。
In certain embodiments, the
ブラウン運動から第2エリア52に熱を発生させることができる。例えば、第1エリア51および第2エリア52の温度が均一であったとしても、そこから第1エリア51と第2エリア52との間で温度差を発生させることができる。すなわち、エントロピーを減少させることができる。これにより、物理学においてMaxwell’s demonと呼ばれる現象を実現できる。
Heat can be generated in the
ある実施形態において、複数のコイル20を備え、磁石10と複数のコイル20との間の相対的な位置関係はブラウン運動により変化し、ブラウン運動による相対的な位置関係の変化に応じた電磁誘導により、複数のコイル20の少なくとも一つに電圧が発生してもよい。
In one embodiment, a plurality of
1個の磁石10に対して複数のコイル20を配置することで、磁石10がいずれかのコイル20に接近する機会を増やすことができる。これにより、ブラウン運動による発電の機会を増やすことができる。
By arranging a plurality of
ある実施形態において、微小機械1は、複数のコイル20に接続された複数の負荷30をさらに備え、電磁誘導により少なくとも一つのコイル20に流れる電流が、少なくとも一つのコイル20に接続された少なくとも一つの負荷30に供給されてもよい。ブラウン運動により発生した電力を負荷30で利用することができる。
In certain embodiments, the
ある実施形態において、磁石10および複数のコイル20は、第1エリア51に位置し、複数の負荷30は、第1エリア51とは異なる第2エリア52に位置し、複数の負荷30のうちの電流が流れた負荷30は熱を発生させてもよい。
In one embodiment, the
ブラウン運動から第2エリア52に熱を発生させることができる。例えば、第1エリア51および第2エリア52の温度が均一であったとしても、そこから第1エリア51と第2エリア52との間で温度差を発生させることができる。すなわち、エントロピーを減少させることができる。これにより、物理学においてMaxwell’s demonと呼ばれる現象を実現できる。
Heat can be generated in the
ある実施形態において、微小機械1は、熱電素子33をさらに備え、熱電素子33には複数の負荷30が発生させた熱が供給されてもよい。熱電素子33に熱を供給することで、電力を発生させることができる。複数の負荷30が発生させた熱が熱電素子33に供給されることで、より大きい電力を発生させることができる。
In certain embodiments, the
ある実施形態において、微小機械1は、コイル20に発生した電圧が供給される整流器35と、整流器35の出力信号が供給されるキャパシタ36とをさらに備えてもよい。コイル20に発生する電圧信号を整流し、整流された出力信号をキャパシタ36に供給する。これにより、キャパシタ36に電荷を蓄積することができる。キャパシタ36に蓄積した電力を出力することで、大きな電力を外部に出力させることができる。
In certain embodiments, the
ある実施形態において、微小機械1は、複数の磁石10と、複数のコイル20と、複数のコイル20に発生した電圧が供給される複数の整流器35と、複数の整流器35の出力信号が供給されるキャパシタ36とをさらに備えてもよい。
In one embodiment, the
複数のコイル20に発生した電圧信号を整流し、整流された出力信号をキャパシタ36に供給する。これにより、キャパシタ36により多くの電荷を蓄積することができる。キャパシタ36に蓄積した電力を出力することで、より大きな電力を外部に出力させることができる。
The voltage signals generated in the plurality of
ある実施形態において、磁石10とコイル20の少なくとも一方は、コーティング膜15、16で被覆されていてもよい。磁石10がコイル20に吸着することを抑制できる。あるいは、コイル20が磁石10に吸着することを抑制できる。
In certain embodiments, at least one of the
ある実施形態において、磁石10とコイル20の少なくとも一方は、分散剤で被覆されていてもよい。磁石10がコイル20に吸着することを抑制できる。あるいは、コイル20が磁石10に吸着することを抑制できる。
In certain embodiments, at least one of the
ある実施形態において、磁石10とコイル20の少なくとも一方は、界面活性剤で被覆されていてもよい。磁石10がコイル20に吸着することを抑制できる。あるいは、コイル20が磁石10に吸着することを抑制できる。
In certain embodiments, at least one of the
ある実施形態において、微小機械1は、磁石10に設けられた回転軸11をさらに備え、磁石10は、ブラウン運動により回転してもよい。ブラウン運動により磁石10が回転することで、磁石10とコイル20との間の相対的な位置関係を変化させることができる。回転は、1回転以上の回転、1回転未満の回転の両方の意味を含む。回転は、揺動も含む。例えば、ブラウン運動により磁石10が回転することで、磁石10のN極およびS極のうちのコイル20に対向する極性が変化する。コイル20に対向する磁石10の極性が変化することで、電磁誘導によりコイル20に電圧が発生する。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。
In certain embodiments, the
ある実施形態において、微小機械1は、回転可能な回転部材(基台)12をさらに備え、磁石10は、回転部材12に設けられ、磁石10は、ブラウン運動により回転部材12とともに回転してもよい。
In certain embodiments, the
ブラウン運動により回転部材12とともに磁石10が回転することで、磁石10とコイル20との間の相対的な位置関係を変化させることができる。例えば、ブラウン運動により回転部材12とともに磁石10が回転することで、磁石10のN極およびS極のうちのコイル20に対向する極性が変化する。コイル20に対向する磁石10の極性が変化することで、電磁誘導によりコイル20に電圧が発生する。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。
By rotating the
ある実施形態において、微小機械1は、ブラウン運動により回転可能な羽根車70をさらに備え、磁石10は、羽根車70とともに回転してもよい。ブラウン運動により羽根車70は回転する。羽根車70とともに磁石10が回転することで、磁石10とコイル20との間の相対的な位置関係を変化させることができる。例えば、ブラウン運動により羽根車70とともに磁石10が回転することで、磁石10のN極およびS極のうちのコイル20に対向する極性が変化する。コイル20に対向する磁石10の極性が変化することで、電磁誘導によりコイル20に電圧が発生する。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。
In certain embodiments, the
ある実施形態において、磁石10は、羽根車70と同じ回転軸71を中心に回転してもよい。同じ回転軸71に羽根車70と磁石10とが取り付けられる。これにより、羽根車70とともに磁石10を回転させることができる。
In certain embodiments, the
本発明の実施形態に係る微小機械1は、エレクトレット80と、第1電極81と、エレクトレット80に接続された第2電極82とを備える。エレクトレット80と第1電極81との間の相対的な位置関係はブラウン運動により変化し、ブラウン運動による相対的な位置関係の変化に応じて電力が発生する。
The
ブラウン運動を利用してエレクトレット80と第1電極81との間の相対的な位置関係を変化させる。ブラウン運動により、エレクトレット80と第1電極81との間の相対的な位置関係はランダムに変化する。位置関係がランダムに変化する過程で、エレクトレット80は第1電極81に相対的に接近したり離れたりし、静電誘導により発電することができる。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。
Brownian motion is used to change the relative positional relationship between the
ある実施形態において、エレクトレット80は、ブラウン運動により第1電極81に対して移動してもよい。ブラウン運動によりエレクトレット80がランダムに移動する過程で、エレクトレット80は第1電極81に接近したり離れたりし、静電誘導により第1電極81と第2電極82との間に電圧が発生する。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。
In certain embodiments, the
ある実施形態において、微小機械1は、第1電極81および第2電極82に接続された負荷30をさらに備え、静電誘導により発生した電流が負荷30を流れてもよい。ブラウン運動により発生した電力を負荷30で利用することができる。
In certain embodiments, the
ある実施形態において、微小機械1は、ブラウン運動により回転可能な羽根車70をさらに備え、エレクトレット80は、羽根車70とともに回転してもよい。ブラウン運動により羽根車70は回転する。羽根車70とともにエレクトレット80が回転することで、エレクトレット80と第1電極81との間の相対的な位置関係を変化させることができる。例えば、ブラウン運動により羽根車70とともにエレクトレット80が回転することで、エレクトレット80と第1電極81との間の距離が変化する。エレクトレット80と第1電極81との間の距離が変化することで、静電誘導により発電することができる。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。
In certain embodiments, the
ある実施形態において、エレクトレット80は、羽根車70と同じ回転軸71を中心に回転してもよい。同じ回転軸71に羽根車70とエレクトレット80とが取り付けられる。これにより、羽根車70とともにエレクトレット80を回転させることができる。
In certain embodiments, the
ある実施形態において、エレクトレット80は、回転軸71に対して非対称に設けられていてもよい。ブラウン運動により羽根車70とともにエレクトレット80が回転することで、エレクトレット80と第1電極81との間の距離を変化させることができる。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。
In certain embodiments, the
本発明の実施形態に係る微小機械1は、ブラウン運動により回転可能な羽根車70と、羽根車70とともに回転可能な回転部材90と、回転部材90に接触する接触部材91とを備え、接触部材91と接触する回転部材90の回転に応じて摩擦熱が発生する。
The
ブラウン運動を利用して摩擦熱を発生させる。ブラウン運動により、回転部材90は羽根車70とともに回転する。接触部材91と接触する回転部材90が回転することで、回転部材90および接触部材91に摩擦熱が発生する。これにより、ブラウン運動から熱を発生させることができる。
Friction heat is generated using Brownian motion. Due to Brownian motion, the rotating
ある実施形態において、回転部材90は、羽根車70と同じ回転軸71を中心に回転してもよい。同じ回転軸71に羽根車70と回転部材90とが取り付けられる。これにより、羽根車70とともに回転部材90を回転させることができる。
In certain embodiments, the rotating
ある実施形態において、回転部材は、羽根車70に設けられた回転軸71であってもよい。ブラウン運動により、回転軸71は羽根車70とともに回転する。接触部材91と接触する回転軸71が回転することで、回転軸71および接触部材91に摩擦熱が発生する。これにより、ブラウン運動から熱を発生させることができる。
In certain embodiments, the rotating member may be a
ある実施形態において、接触部材91は、回転軸71を支持する軸受であってもよい。回転軸71を支持する軸受は、回転軸71と接触する。回転部材が回転することで、回転部材および軸受に摩擦熱が発生する。これにより、ブラウン運動から熱を発生させることができる。
In certain embodiments, the
以上、本発明の実施形態を説明した。上述の実施形態の説明は、本発明の例示であり、本発明を限定するものではない。また、上述した各種実施形態を適宜組み合わせた形態も本発明に含まれる。本発明は、特許請求の範囲またはその均等の範囲において、改変、置き換え、付加および省略などが可能である。 The embodiments of the present invention have been described above. The above description of the embodiments is an example of the present invention and does not limit the present invention. The present invention also includes a form in which various embodiments described above are appropriately combined. The present invention can be modified, replaced, added, omitted, etc. within the scope of claims or equivalent.
本発明は、例えば、熱エネルギーおよび電気エネルギーなどのエネルギーを発生させる技術分野において特に有用である。 The present invention is particularly useful in the technical field of generating energy such as thermal energy and electrical energy, for example.
1:微小機械(マイクロマシン)
2:流体の分子
10:磁石
11:回転軸
12:基台
15、16:コーティング膜
20:コイル
21、22:コイルの端部
30、31:負荷(抵抗器)
33:熱電素子(ゼーベック素子、熱電変換素子)
35:整流器
36:キャパシタ(平滑コンデンサ)
41、42、43、44:配線
51、52:部屋(空間)
53、54:壁
60:隔壁(パーティション、仕切り)
70:羽根車
71:回転軸(回転シャフト)
72、73:軸受
80:エレクトレット
81:第1電極
82:第2電極
90:回転部材
91:接触部材
1: Micromachine (micromachine)
2: Fluid molecule 10: Magnet 11: Rotating shaft 12:
33: Thermoelectric element (Seebeck element, thermoelectric conversion element)
35: Rectifier 36: Capacitor (smoothing capacitor)
41, 42, 43, 44:
53, 54: Wall 60: Partition (partition, partition)
70: Impeller 71: Rotating shaft (rotating shaft)
72, 73: Bearing 80: Electret 81: First electrode 82: Second electrode 90: Rotating member 91: Contact member
Claims (31)
コイルと、
を備え、
前記磁石と前記コイルとの間の相対的な位置関係はブラウン運動により変化し、
前記ブラウン運動による前記相対的な位置関係の変化に応じた電磁誘導により、前記コイルに電圧が発生する、微小機械。 With a magnet
With the coil
With
The relative positional relationship between the magnet and the coil changes due to Brownian motion.
A micromachine in which a voltage is generated in the coil by electromagnetic induction in response to a change in the relative positional relationship due to the Brownian motion.
前記電磁誘導により前記コイルに流れる電流が前記負荷に供給される、請求項1または2に記載の微小機械。 Further equipped with a load connected to the coil
The micromachine according to claim 1 or 2, wherein the current flowing through the coil is supplied to the load by the electromagnetic induction.
前記負荷は、第1エリアとは異なる第2エリアに位置し、
前記負荷が熱を発生させることで、前記第2エリアの温度は前記第1エリアの温度よりも高くなる、請求項4に記載の微小機械。 The magnet and the coil are located in the first area and
The load is located in a second area different from the first area.
The micromachine according to claim 4, wherein the temperature of the second area becomes higher than the temperature of the first area because the load generates heat.
前記熱電素子には前記負荷が発生させた熱が供給される、請求項4から6のいずれかに記載の微小機械。 With more thermoelectric elements
The micromachine according to any one of claims 4 to 6, wherein the heat generated by the load is supplied to the thermoelectric element.
複数の前記コイルと、
複数の前記負荷と、
複数の第1エリアと、
前記複数の第1エリアとは異なる第2エリアと、
を備え、
前記複数の磁石は、前記複数の第1エリアのうちの互いに異なる第1エリアに位置し、
前記複数のコイルは、前記複数の第1エリアのうちの互いに異なる第1エリアに位置し、
前記複数の負荷は、前記第2エリアに位置し、
前記複数の負荷のうちの電流が流れた前記負荷は熱を発生させる、請求項3または4に記載の微小機械。 With the plurality of magnets
With the plurality of the coils
With multiple said loads
Multiple first areas and
A second area different from the plurality of first areas,
With
The plurality of magnets are located in different first areas of the plurality of first areas.
The plurality of coils are located in different first areas of the plurality of first areas.
The plurality of loads are located in the second area.
The micromachine according to claim 3 or 4, wherein the load to which an electric current flows among the plurality of loads generates heat.
前記磁石と前記複数のコイルとの間の相対的な位置関係はブラウン運動により変化し、
前記ブラウン運動による前記相対的な位置関係の変化に応じた電磁誘導により、前記複数のコイルの少なくとも一つに電圧が発生する、請求項1から6のいずれかに記載の微小機械。 Equipped with a plurality of the coils
The relative positional relationship between the magnet and the plurality of coils changes due to Brownian motion.
The micromachine according to any one of claims 1 to 6, wherein a voltage is generated in at least one of the plurality of coils by electromagnetic induction in response to a change in the relative positional relationship due to the Brownian motion.
前記電磁誘導により少なくとも一つの前記コイルに流れる電流が、前記少なくとも一つのコイルに接続された少なくとも一つの前記負荷に供給される、請求項9に記載の微小機械。 Further equipped with a plurality of loads connected to the plurality of coils,
The micromachine according to claim 9, wherein the current flowing through the at least one coil by the electromagnetic induction is supplied to at least one of the loads connected to the at least one coil.
前記複数の負荷は、前記第1エリアとは異なる第2エリアに位置し、
前記複数の負荷のうちの電流が流れた前記負荷は熱を発生させる、請求項10に記載の微小機械。 The magnet and the plurality of coils are located in the first area.
The plurality of loads are located in a second area different from the first area.
The micromachine according to claim 10, wherein the load to which a current flows among the plurality of loads generates heat.
前記熱電素子には複数の前記負荷が発生させた熱が供給される、請求項8、10および11のいずれかに記載の微小機械。 With more thermoelectric elements
The micromachine according to any one of claims 8, 10 and 11, wherein heat generated by a plurality of the loads is supplied to the thermoelectric element.
前記整流器の出力信号が供給されるキャパシタと、
をさらに備える、請求項1または2に記載の微小機械。 A rectifier to which the voltage generated in the coil is supplied, and
The capacitor to which the output signal of the rectifier is supplied and
The micromachine according to claim 1 or 2, further comprising.
複数の前記コイルと、
前記複数のコイルに発生した電圧が供給される複数の整流器と、
前記複数の整流器の出力信号が供給されるキャパシタと、
をさらに備える、請求項1または2に記載の微小機械。 With the plurality of magnets
With the plurality of the coils
A plurality of rectifiers to which the voltage generated in the plurality of coils is supplied, and
Capacitors to which the output signals of the plurality of rectifiers are supplied, and
The micromachine according to claim 1 or 2, further comprising.
前記磁石は、ブラウン運動により回転する、請求項1から17のいずれかに記載の微小機械。 Further provided with a rotation shaft provided on the magnet,
The micromachine according to any one of claims 1 to 17, wherein the magnet is rotated by Brownian motion.
前記磁石は、前記回転部材に設けられ、
前記磁石は、ブラウン運動により前記回転部材とともに回転する、請求項1から17のいずれかに記載の微小機械。 Further equipped with a rotatable rotating member,
The magnet is provided on the rotating member and
The micromachine according to any one of claims 1 to 17, wherein the magnet rotates together with the rotating member by Brownian motion.
前記磁石は、前記羽根車とともに回転する、請求項1から19のいずれかに記載の微小機械。 Further equipped with an impeller that can be rotated by Brownian motion,
The micromachine according to any one of claims 1 to 19, wherein the magnet rotates together with the impeller.
第1電極と、
前記エレクトレットに接続された第2電極と、
を備え、
前記エレクトレットと前記第1電極との間の相対的な位置関係はブラウン運動により変化し、
前記ブラウン運動による前記相対的な位置関係の変化に応じて電力が発生する、微小機械。 Electret and
With the first electrode
The second electrode connected to the electret and
With
The relative positional relationship between the electret and the first electrode changes due to Brownian motion.
A micromachine in which electric power is generated in response to a change in the relative positional relationship due to the Brownian motion.
静電誘導により発生した電流が前記負荷を流れる、請求項22または23に記載の微小機械。 Further equipped with a load connected to the first electrode and the second electrode,
The micromachine according to claim 22 or 23, wherein the current generated by electrostatic induction flows through the load.
前記エレクトレットは、前記羽根車とともに回転する、請求項22から24のいずれかに記載の微小機械。 Further equipped with an impeller that can be rotated by Brownian motion,
The micromachine according to any one of claims 22 to 24, wherein the electret rotates with the impeller.
前記羽根車とともに回転可能な回転部材と、
前記回転部材に接触する接触部材と、
を備え、
前記接触部材と接触する前記回転部材の回転に応じて摩擦熱が発生する、微小機械。 An impeller that can rotate by Brownian motion and
A rotating member that can rotate with the impeller,
With the contact member in contact with the rotating member,
With
A micromachine that generates frictional heat in response to the rotation of the rotating member that comes into contact with the contact member.
The micromachine according to claim 30, wherein the contact member is a bearing that supports the rotating shaft.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019123096A JP2021010243A (en) | 2019-07-01 | 2019-07-01 | Micro machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019123096A JP2021010243A (en) | 2019-07-01 | 2019-07-01 | Micro machine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021010243A true JP2021010243A (en) | 2021-01-28 |
Family
ID=74199650
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019123096A Pending JP2021010243A (en) | 2019-07-01 | 2019-07-01 | Micro machine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2021010243A (en) |
-
2019
- 2019-07-01 JP JP2019123096A patent/JP2021010243A/en active Pending
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