JP2022116855A - プラズマアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】高い誘起流速を得つつ耐久性を向上させるプラズマアクチュエータを提供する。【解決手段】第１電極１０には、端部に円弧形状の突起、または、頂部の角度が９０度より大きく１８０度未満の山形形状の突起１１が複数形成される。【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマアクチュエータに関する。

従来より、誘起する流体の運動エネルギーを増加させるプラズマアクチュエータが知られている（特許文献１）。特許文献１に記載されたプラズマアクチュエータは、表面側電極板の一方の端部に頂部の頂角が９０度以下の山形形状を形成している。

特開２０１４－９７９６号公報

しかしながら、特許文献１のように頂部が鋭角である場合、頂部にプラズマが集中して電極が劣化（消耗変形）し、耐久性が低下してしまう。

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、高い誘起流速を得つつ耐久性を向上させる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において、２つの電極の間に誘電体を配置され、一方の側の電極には、端部に円弧形状の突起、または、頂部の角度が９０度より大きく１８０度未満の山形形状の突起が複数形成される。

本発明によれば、高い誘起流速を得つつ耐久性が向上する。

図１は、本発明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図である。 図２は、変形例１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、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図である。 図４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図である。 図５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。

図１を参照して本実施形態に係るプラズマアクチュエータ１について説明する。プラズマアクチュエータ１は誘電体３０と、誘電体３０を挟む２枚の電極（第１電極１０、第２電極２０）から形成される。誘電体３０を構成する誘電材料の一例として、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３０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は、車両（車体）の表面に取り付けられる。ただしこれに限定されず、プラズマアクチュエータ１は機体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は車両の表面に取り付けられるものとして説明する。プラズマアクチュエータ１が取り付けられる場所は特に限定されないが、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、リヤバンパの上側部分などが挙げられる。上述の「プラズマアクチュエータ１が使用される環境」とは車両が走行しているときを意味する。

第１電極１０、及び第２電極２０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１０は車体表面（表層）に対し第２電極２０より上側に配置される。換言すれば第２電極２０は第１電極１０より車体側に配置される。

第１電極１０と第２電極２０との間に高電圧のパルス電圧を印加すると、図１に示すように第１電極１０から第２電極２０に向けて誘電体３０の表面に沿ってプラズマ４０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、車両の速度に応じて適宜変更可能である。プラズマ４０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。

プラズマ４０の発生により露出電極から被覆電極へと向かう気流が誘起される。この気流によって空気の剥離が促進されたり、抑制されたりする。このような空気剥離の促進及び抑制を車体の部位に応じて適宜制御することにより、空気抵抗を低減させ、燃費向上に寄与する。

第１電極１０の両側には、図１に示すように、山形形状の突起１１が複数形成される。突起１１の頂部の角度θ１は、詳しくは後述するが、９０度より大きく１８０度未満である。突起１１は必ずしも両側に形成される必要はなく、どちらか一方の側のみに形成されてもよい。なお第２電極２０にはこのような山形形状の突起１１は形成されない。

プラズマアクチュエータ１の性能を向上させるためには、上述した従来技術のように表面側の電極に山形形状を形成することが考えられる。しかしながら、上述したように、頂部が鋭角（９０度以下）である場合、頂部にプラズマが集中して電極が劣化（消耗変形）し、耐久性が低下してしまう。そこで発明者らは、角度θ１を変更してプラズマアクチュエータを製作し、長期放電試験を行った。実験結果を表１に示す。

表１について説明する。表１の角度θ１は、図１に示す角度θ１を意味する。実施例１～４の角度は表１に示すとおり、９０度より大きく１８０度未満である。比較例１～４の角度は表１に示すとおり、９０度以下、あるいは１８０度である。表１の初期状態とは、長期放電試験を開始する前の、誘起流速の初期値である。誘起流速の単位はｍ／ｓである。初期状態に限っていえば、実施例１～４と比較例１～４では大きな差はない。長期放電試験では８００時間連続で放電させた。長期放電試験後の誘起流速（ｍ／ｓ）について、表１から明らかなように、比較例１～４では誘起流速が初期状態と比較しおよそ半分程度まで性能が低下しているのに対し、実施例１～４では比較例１～４と比較して、性能低下が軽減されており、耐久性が向上していることがわかる。特に実施例２～４では比較例１～４と比較して、耐久性が大きく向上していることがわかる。

実施例１～４のように耐久性が向上する理由は、頂部の角度が鋭角の場合プラズマが集中して電極が削れやすくなる一方で、頂部の角度が鈍角の場合プラズマの集中が緩和されて、電極が削れにくくなるからである。

（作用効果）
以上説明したように、本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。

図１に示すように２つの電極（第１電極１０及び第２電極２０）の間に誘電体３０が配置され、一方の側の電極（第１電極１０）には、その端部に、頂部の角度θ１が９０度より大きく１８０度未満の山形形状の突起１１が複数形成される。換言すれば、誘電体３０を挟んで一方の側に配置される第１電極１０には、その端部に、頂部の角度θ１が９０度より大きく１８０度未満の山形形状の突起１１が複数形成される。これにより表１に示すようにプラズマアクチュエータ１は比較例１～４と比較して高い誘起流速を得つつ耐久性が向上する。突起１１は第１電極１０の片側に形成されてもよく、両側に形成されてもよい。

頂部の角度θ１は、１００度以上、１８０度未満でもよい。このような角度でも同様の効果が得られる。

頂部の角度θ１は、１２０度以上、１５０度以下でもよい。このような角度であれば表１に示すように比較例１～４と比較してより高い誘起流速を得つつより耐久性が向上する。

（変形例１）
次に図２を参照して変形例１に係るプラズマアクチュエータ１を説明する。

図２に示すように変形例１の第１電極１０において、山形形状の突起１１には円弧形状の突起１２が形成される。より詳しくは、突起１１には、突起１１の頂部を円の中心点とする、円弧形状の突起１２が形成される。円弧形状の突起１２が形成される場合、突起１１の頂部の角度θ２は、任意でよい。上述の角度θ１については９０度より大きく１８０度未満と説明したが、角度θ２についてはこのような限定はない。発明者らは、角度θ２を変更してプラズマアクチュエータを製作し、長期放電試験を行った。実験結果を表２に示す。

表２について説明する。表２の角度θ２は、図２に示す角度θ２を意味する。実施例５～８の角度は表２に示すとおりである。表２の初期状態、長期放電試験後については表１と同じである。長期放電試験後の誘起流速（ｍ／ｓ）について、表２から明らかなように、実施例５～８では比較例１～４と比較して、性能低下が軽減されており、耐久性が向上していることがわかる。特に実施例６～８では比較例１～４と比較して、耐久性が大きく向上していることがわかる。

（作用効果）
以上説明したように、変形例１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。

図２に示すように２つの電極（第１電極１０及び第２電極２０）の間に誘電体３０が配置され、一方の側の電極（第１電極１０）には、その端部に、山形形状の突起１１が複数形成され、かつ、この突起１１には円弧形状の突起１２が形成される。換言すれば、誘電体３０を挟んで一方の側に配置される第１電極１０には、その端部に、山形形状の突起１１が複数形成され、かつ、この突起１１には円弧形状の突起１２が形成される。突起１１の角度θ２は任意である。これにより表２に示すようにプラズマアクチュエータ１は比較例１～４と比較して高い誘起流速を得つつ耐久性が向上する。

突起１１の角度θ２は９０度以上であってもよい。このような角度であれば表２に示すように比較例１～４と比較してより高い誘起流速を得つつより耐久性が向上する。なお角度θ２の上限は特に限定されないが、例えば１８０度未満であってもよい。

円弧形状の突起１２は、山形形状の突起１１の頂部を円の中心点とする突起である。この位置に円弧形状の突起１２を形成することにより、高い誘起流速を得つつ耐久性が向上する。

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に示すように、第１電極１０に山形形状の突起１１を形成せずに、円弧形状の突起１３のみを形成してもよい。突起１３は半円形状である。これにより高い誘起流速を得つつ耐久性が向上する。

また図４に示すように、山形形状の突起１１の代わりに矩形状の突起１４を形成してもよい。円弧形状の突起１２は矩形状の突起１４の先端部分に形成されればよい。これにより高い誘起流速を得つつ耐久性が向上する。

また図５に示すように、第１電極１０が複数設けられる場合、それぞれ第１電極１０に山形形状の突起１１が形成されてもよい。これにより高い誘起流速を得つつ耐久性が向上する。

図１に係る突起１１、図２に係る突起１１、及び図５に係る突起１１の頂点間の距離は特に限定されないが、例えば３～７ｍｍであってもよい。これにより高い誘起流速を得つつ耐久性が向上する。なお突起の頂点とは、第１電極１０の垂直方向（それぞれの図の上面視の左右方向）において、第１電極１０の任意の位置からの距離がもっとも長くなる点である。

１ プラズマアクチュエータ
１０ 第１電極
１１～１４ 突起
２０ 第２電極
３０ 誘電体
４０ プラズマ

Claims (8)

1. ２つの電極の間に誘電体を配置したプラズマアクチュエータにおいて、
   一方の側の電極には、端部に円弧形状の突起、または、頂部の角度が９０度より大きく１８０度未満の山形形状の突起が複数形成される
   ことを特徴とするプラズマアクチュエータ。
2. 前記頂部の角度が１００度以上、１８０度未満である
   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。
3. 前記頂部の角度が１２０度以上、１５０度以下である
   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. 前記円弧形状の突起は、山形形状の突起に形成される
   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。
5. 前記山形形状の突起の頂部の角度は、９０度以上である
   ことを特徴とする請求項４に記載のプラズマアクチュエータ。
6. 前記円弧形状の突起は、前記山形形状の突起の頂部を円の中心点とする突起である
   ことを特徴とする請求項４または５に記載のプラズマアクチュエータ。
7. 前記山形形状の突起の頂点間の距離は、３～７ｍｍである
   ことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載のプラズマアクチュエータ。
8. 前記円弧形状の突起、または、前記頂部の角度が９０度より大きく１８０度未満の山形形状の突起は、前記一方の側の電極の両側に形成される
   ことを特徴とする請求項１～７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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