JP2021192334A - プラズマアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】移動体の進行方向とは逆方向に発生する空気抵抗を低減することが可能なプラズマアクチュエータを提供する。【解決手段】プラズマアクチュエータ１は、誘電体１０と、誘電体１０を挟む第１電極１１ａ及び第２電極１２ａから形成される第１電極群２０ａと、誘電体１０を挟む第１電極１１ｂ及び第２電極１２ｂから形成される第２電極群２０ｂと、を備える。第１電極群２０ａは、第２電極群２０ｂから所定距離離れた位置で第２電極群２０ｂに対向して配置される。【選択図】図３

Description

本発明は、プラズマアクチュエータに関する。

従来より、車両の表面にプラズマアクチュエータを取り付ける発明が知られている（特許文献１）。特許文献１に記載された発明は、発生させたプラズマによって車両表面における気流（空気の流れ）の剥離を抑制する。

特開２０１１−１４２０２５号公報

しかしながら、空気の流れはプラズマを発生させたポイントを通り過ぎると、車両表面から剥離して車両の後方近傍で空気の渦を形成する場合がある。この空気の渦により進行方向とは逆方向に空気抵抗が発生し、燃費が悪化するおそれがある。

本発明は、上記問題に鑑みて成されたものであり、その目的は、移動体の進行方向とは逆方向に発生する空気抵抗を低減することが可能なプラズマアクチュエータを提供することである。

本発明の一態様に係るプラズマアクチュエータは、誘電体と、誘電体を挟む第１電極及び第２電極から形成される第１電極群と、誘電体を挟む第３電極及び第４電極から形成される第２電極群と、を備え、第１電極群は、第２電極群から所定距離離れた位置で第２電極群に対向して配置される。

本発明によれば、移動体の進行方向とは逆方向に発生する空気抵抗を低減することが可能となる。

図１は、本発明の第１実施形態に係るプラズマアクチュエータ１が取り付けられる部位の一例を示す図である。 図２は、本発明の第１実施形態に係るプラズマアクチュエータ１の構成を説明する概略図である。 図３は、本発明の第１実施形態に係るプラズマアクチュエータ１の構成を説明する概略断面図である。 図４は、本発明の第１実施形態に係るプラズマアクチュエータ１の動作例を説明する図である。 図５は、本発明の第１実施形態に係るプラズマアクチュエータ１の動作例を説明する図である。 図６は、本発明の第２実施形態に係るプラズマアクチュエータ１の構成を説明する概略図である。 図７は、本発明の第２実施形態に係るプラズマアクチュエータ１の構成を説明する概略断面図である。 図８は、本発明の第２実施形態に係るプラズマアクチュエータ１の動作例を説明する図である。 図９は、本発明の第３実施形態に係るプラズマアクチュエータ１の構成を説明する概略図である。 図１０は、本発明の第３実施形態に係るプラズマアクチュエータ１の構成を説明する概略断面図である。 図１１は、本発明の第３実施形態に係るプラズマアクチュエータ１の動作例を説明する図である。 図１２は、本発明の第４実施形態に係るプラズマアクチュエータ１の構成を説明する概略図である。 図１３は、その他の実施形態に係るプラズマアクチュエータ１の構成を説明する概略断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

（第１実施形態）
図１に示すように第１実施形態に係るプラズマアクチュエータ１は、車両１００（移動体）の表面２に複数取り付けられる。表面２とは具体的には車両１００の後方の表面を指す。プラズマアクチュエータ１が取り付けられる部位は一例として、トランクの上側部分、最終ピラーの上側部分、リヤコンビネーションランプの上側部分、リヤフェンダの上側部分、及びリヤバンパの上側部分が挙げられる。

他の取り付け例として、プラズマアクチュエータ１はルーフ（もしくはルーフスポイラ）の上側部分などに取り付けられてもよい。また、取り付けられるプラズマアクチュエータ１の数は複数でもよく一つでもよい。図１に示す例ではプラズマアクチュエータ１は左側の表面に取り付けられているがこれに限定されず、右側の表面に取り付けられてもよく、左右両方の表面に取り付けられてもよい。本実施形態ではプラズマアクチュエータ１は左右両方の表面に取り付けられているものとして説明する。

次に図２〜３を参照して、プラズマアクチュエータ１の構成について説明する。

図２に示すようにプラズマアクチュエータ１は誘電体１０と、誘電体１０を挟む２枚の電極（第１電極１１ａ、第２電極１２ａ）から形成される。誘電体１０は、周知の誘電材料で構成される。誘電体１０を構成する誘電材料として具体的には、電気的絶縁材料であるアルミナ、ガラス、マイカなどの無機絶縁物、ポリイミド、ガラスエポキシ、ゴムなどの有機絶縁物などが挙げられる。ただし、誘電体１０を構成する誘電材料はこれらに限られるものではなく、プラズマアクチュエータ１が使用される環境に応じて周知の誘電材料から適宜選択されればよい。プラズマアクチュエータ１が使用される環境とは車両１００が走行しているときを指す。

図２に示すように第１電極１１ａ、第２電極１２ａは、周知の導電性材料からなり、薄板状に形成される。導電性材料は、プラズマアクチュエータ１が使用される環境に応じて周知の導電性材料から適宜選択されればよい。第１電極１１ａは表面２に対し第２電極１２ａより上側に配置される。

第１電極１１ａと第２電極１２ａとの間（以下単に電極間とよぶ場合がある）に高電圧のパルス電圧を印加すると、図３に示すように第１電極１１ａから第２電極１２ａに向けて誘電体１０の表面に沿ってプラズマ１５ａが発生する。印加するパルス電圧の電圧及び周波数は、一例として１ｋＶ〜１０ｋＶ、１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚである。ただしこれらに限定されず、車両１００の速度に応じて適宜変更可能である。プラズマが発生する原理については周知であるためここでの説明は省略する。

第１実施形態では誘電体１０を挟む電極は２組ある。１組は上述したように第１電極１１ａと第２電極１２ａである。もう１組は図２及び図３に示すように、第１電極１１ｂ（第３電極）と第２電極１２ｂ（第４電極）である。第１電極１１ｂ及び第２電極１２ｂの導電性材料は第１電極１１ａ及び第２電極１２ａと同じである。第１電極１１ｂは表面２に対し第２電極１２ｂより上側に配置される。

第１電極１１ｂと第２電極１２ｂとの間に高電圧のパルス電圧を印加すると、図３に示すように第１電極１１ｂから第２電極１２ｂに向けて誘電体１０の表面に沿ってプラズマ１５ｂが発生する。第１電極１１ａは第２電極１２ａより車両前方に配置される。第１電極１１ｂは第２電極１２ｂより車両後方に配置される。

プラズマアクチュエータ１の構成において、誘電体１０を挟む第１電極１１ａ及び第２電極１２ａから形成される部位を第１電極群２０ａとよび、誘電体１０を挟む第１電極１１ｂ及び第２電極１２ｂから形成される部位を第２電極群２０ｂとよぶ。図３に示すように第１電極群２０ａと第２電極群２０ｂは所定距離離れて配置される。また、第１電極群２０ａと第２電極群２０ｂは表面２に沿って対向して配置される。この配置により、プラズマ１５ａ及びプラズマ１５ｂが表面２に沿って対向して発生する。これにより図３に示すように表面２の垂直方向に流れる気流３０が発生する。

次に図４及び図５を参照して車両１００を走行させた場合の空気の流れについて説明する。説明はプラズマアクチュエータ１が取り付けられた場合と取り付けられていない場合に分けて説明するが、どちらのケースにおいても共通する事象として車両１００を走行させた場合は、図４に示すように車両１００の表面２に沿った空気の流れ４１（以下、気流４１とよぶ）が発生する。

この前提においてまずはプラズマアクチュエータ１が取り付けられていない場合を説明する。気流４１は図５に示すように車両１００の後方近傍で空気の渦５１を形成する。この場合、空気の渦５１の負圧により車両１００には進行方向と逆向きの空気抵抗が加わる。これにより燃費が悪化するおそれがある。

これに対し、プラズマアクチュエータ１が取り付けられた場合を説明する。なお車両１００が走行している間、プラズマアクチュエータ１に上述のパルス電圧が印加されていることが前提となる。この場合、プラズマアクチュエータ１が取り付けられたそれぞれの部位において、プラズマアクチュエータ１による誘導気流（気流３０）が生じる。この気流３０によって気流４１は図４に示すように持ち上げられ気流４０となる。つまり気流３０によって気流４１の剥離（表面２からの剥離）が促進される。この剥離促進により図５に示すように、剥離促進がない気流４１と比較して、車両１００の後方から離れた位置で空気の渦５０が形成される。これにより剥離促進がない気流４１と比較して、車両１００の進行方向とは逆方向に発生する空気抵抗は低減する。よって第１実施形態によれば燃費向上に寄与する。

（作用効果）
以上説明したように、第１実施形態に係るプラズマアクチュエータ１によれば、以下の作用効果が得られる。

プラズマアクチュエータ１は、誘電体１０を挟む第１電極１１ａ及び第２電極１２ａから形成される第１電極群２０ａと、誘電体１０を挟む第１電極１１ｂ及び第２電極１２ｂから形成される第２電極群２０ｂとを備える。第１電極群２０ａは、第２電極群２０ｂから所定距離離れた位置で第２電極群２０ｂに対向して配置される。この配置により表面２の垂直方向に流れる気流３０が発生する（図３参照）。この気流３０によって走行中における気流４１の剥離が促進される（図４参照）。この剥離促進により、剥離促進がない気流４１と比較して（プラズマアクチュエータ１が取り付けられていない場合比較して）、車両１００の後方から離れた位置で空気の渦５０が形成される（図５参照）。これによりプラズマアクチュエータ１が取り付けられていない場合比較して、車両１００の進行方向とは逆方向に発生する空気抵抗は低減する。よって第１実施形態に係るプラズマアクチュエータ１によれば燃費向上に寄与する。

（第２実施形態）
次に図６〜８を参照して第２実施形態について説明する。ただし第１実施形態と重複する構成については符号を引用してその説明は省略する。

図６に示すようにプラズマアクチュエータ１は誘電体１０と、誘電体１０を挟む２枚の電極（第１電極１１ｃ、第２電極１２ｃ）から形成される。第１電極１１ｃ及び第２電極１２ｃの導電性材料は第１電極１１ａ及び第２電極１２ａと同じである。第２実施形態が第１実施形態と異なる部分は、第１実施形態では誘電体１０を挟む電極が２組あるのに対し、第２実施形態では誘電体１０を挟む電極は１組である点である。

第１電極１１ｃ（第５電極）は表面２に対し第２電極１２ｃ（第６電極）より上側に配置される。第１電極１１ｃは第２電極１２ｃより車両後方に配置される。第１電極１１ｃと第２電極１２ｃとの間にパルス電圧を印加すると、図７に示すように第１電極１１ｃから第２電極１２ｃに向けて誘電体１０の表面に沿ってプラズマ１５ｃが車両１００の進行方向に発生する。このプラズマ１５ｃにより誘導気流（気流６０）が生じる。そして図８に示すように気流６０により走行中における気流４１の剥離が促進される。この剥離促進による空気の渦の形成については第１実施形態と同様であるため説明を省略する。以上のとおり、第２実施形態に係るプラズマアクチュエータ１も第１実施形態と同様に燃費向上に寄与する。

（第３実施形態）
次に図９〜１１を参照して第３実施形態について説明する。ただし第１実施形態と重複する構成については符号を引用してその説明は省略する。

第３実施形態に係るプラズマアクチュエータ１は第１実施形態と第２実施形態を組み合わせたものである。図９に示すように、プラズマアクチュエータ１は誘電体１０と、誘電体１０を挟む電極から形成される。誘電体１０を挟む電極は、第１電極１１ａ及び第２電極１２ａ、第１電極１１ｂ及び第２電極１２ｂ、第１電極１１ｃ及び第２電極１２ｃである。図１０に示すように第１実施形態と同様にプラズマアクチュエータ１は第１電極１１ａ及び第２電極１２ａから形成される第１電極群２０ａと第１電極１１ｂ及び第２電極１２ｂから形成される第２電極群２０ｂとを備える。第１電極１１ｃは第１電極１１ａより車両前方に配置される。

第３実施形態に係るプラズマアクチュエータ１によれば、気流３０（プラズマ１５ａ及びプラズマ１５ｂの誘導気流）による気流４１の剥離と、気流６０（プラズマ１５ｃの誘導気流）による気流４１の剥離が促進される。この２つの剥離促進により、第１実施形態と比較して車両１００の後方からより離れた位置で空気の渦５０が形成される。これにより第１実施形態よりも車両１００の進行方向とは逆方向に発生する空気抵抗は低減する。よって第３実施形態に係るプラズマアクチュエータ１によれば燃費向上に寄与する。

（第４実施形態）
次に図１２を参照して第４実施形態について説明する。ただし第１実施形態と重複する構成については符号を引用してその説明は省略する。

図１２に示すように第４実施形態に係るプラズマアクチュエータ１は第１電極１１ａ及び第１電極１１ｂを覆うカバー１３を備える。カバー１３は周知の誘電材料で構成される。カバー１３を構成する誘電材料として具体的には、電気的絶縁材料であるアルミナ、ガラス、マイカなどの無機絶縁物、ポリイミド、ガラスエポキシ、ゴムなどの有機絶縁物などが挙げられる。ただし、カバー１３を構成する誘電材料はこれらに限られるものではなく、プラズマアクチュエータ１が使用される環境に応じて周知の誘電材料から適宜選択されればよい。

第４実施形態に係るプラズマアクチュエータ１によれば第１電極１１ａ及び第１電極１１ｂがカバー１３で覆われるため、プラズマアクチュエータ１の耐久性が向上する。

なおカバー１３は第２実施形態及び第３実施形態に係るプラズマアクチュエータ１に用いられてもよい。

上記のように、本発明の実施形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば図３に示すプラズマアクチュエータを複数利用して、図１３に示すプラズマアクチュエータ１を構成してもよい。図１３の右側部分は図３を同様のため説明を省略する。図１３の左側部分について第１電極１１ｄ及び第２電極１２ｄから形成される第１電極群２０ｄと第１電極１１ｅ及び第２電極１２ｅから形成される第２電極群２０ｅとが、所定距離離れた位置で対向して配置される。第１電極１１ｄと第２電極１２ｄとの間にパルス電圧を印加すると、第１電極１１ｄから第２電極１２ｄに向けて誘電体１０の表面に沿ってプラズマ１５ｄが発生する。同様に第１電極１１ｅと第２電極１２ｅとの間にパルス電圧を印加すると、第１電極１１ｅから第２電極１２ｅに向けて誘電体１０の表面に沿ってプラズマ１５ｅが発生する。これにより表面２の垂直方向により多くの気流３０が発生し、この気流３０によって走行中における気流４１の剥離が促進される。

１ プラズマアクチュエータ
２ 表面
１０ 誘電体
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ 第１電極
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ 第２電極
１３ カバー
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ プラズマ
２０ａ、２０ｄ 第１電極群
２０ｂ、２０ｅ 第２電極群
１００ 車両

Claims (4)

1. 移動体の後方に配置されるプラズマアクチュエータであって、
   誘電体と、
   前記誘電体を挟む第１電極及び第２電極から形成される第１電極群と、
   前記誘電体を挟む第３電極及び第４電極から形成される第２電極群と、を備え、
   前記第１電極群は、前記第２電極群から所定距離離れた位置で前記第２電極群に対向して配置される
   ことを特徴とするプラズマアクチュエータ。
2. 移動体の後方に配置されるプラズマアクチュエータであって、
   誘電体と、
   前記誘電体を挟む第１電極及び第２電極を備え、
   前記第１電極は、前記第２電極より前記移動体の後方に配置され、かつ前記移動体の表面に対し前記第２電極より上側に配置される
   ことを特徴とするプラズマアクチュエータ。
3. 前記誘電体を挟む第５電極及び第６電極をさらに備え、
   前記第５電極は、前記第６電極より前記移動体の後方に配置され、かつ前記移動体の表面に対し前記第６電極より上側に配置され、
   前記第５電極は、前記第１電極より前記移動体の前方に配置される
   ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマアクチュエータ。
4. 前記第１電極を覆うカバーをさらに備える
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマアクチュエータ。

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