JP3923049B2 - Electrostatic motor - Google Patents
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本発明は、静電気力を駆動源とする静電モータに関する。 The present invention relates to an electrostatic motor using an electrostatic force as a drive source.
フィルム状に形成された固定子と移動子を有し、該固定子と移動子の電極にそれぞれ多相交流電圧を印加して、移動子用フィルムを固定子用フィルムに対して相対移動させるようにした静電モータがマイクロマシン等の駆動源として開発されている(例えば、特許文献1等参照)。
従来の電磁力を利用する電機モータにおいては、磁気コイルや永久磁石等の磁力を発生させる部材を必要とし、小型に形成することが難しい。しかし、静電モータは、磁気コイルや永久磁石等の質量の大きい要素を必要としないことから、超小型のモータを形成することができマイクロマシンの駆動源等に利用される。
静電モータは磁気コイルや永久磁石等を必要とせず、電極を平面状に配置することで固定子および移動子を形成することができる。そのために電磁力型のモータと比較して、より小体積で軽量なモータとすることができる。このメリットを生かすために固定子と移動子をフィルム状に形成している。そのため、固定子用フィルム型電極及び移動子用フィルム型電極は剛性がなくその間のギャップを固定子用フィルム型電極及び移動子用フィルム型電極自体で保持することができず、固定子用フィルム型電極と移動子用フィルム型電極との間にガラスビーズ等の微小粒体を散布してギャップを保持するように構成している(非特許文献1参照)。
It has a stator and a mover formed in a film shape, and a multiphase AC voltage is applied to each of the stator and mover electrodes to move the mover film relative to the stator film. An electrostatic motor is developed as a drive source for a micromachine or the like (see, for example, Patent Document 1).
In a conventional electric motor that uses electromagnetic force, a member that generates a magnetic force, such as a magnetic coil or a permanent magnet, is required, and it is difficult to form a small size. However, since an electrostatic motor does not require a large-mass element such as a magnetic coil or a permanent magnet, an ultra-small motor can be formed and used as a drive source for a micromachine.
The electrostatic motor does not require a magnetic coil, a permanent magnet, or the like, and can form a stator and a mover by arranging electrodes in a planar shape. Therefore, the motor can be made smaller and lighter than the electromagnetic force type motor. In order to take advantage of this merit, the stator and the mover are formed in a film shape. For this reason, the film type electrode for the stator and the film type electrode for the mover are not rigid and the gap between them cannot be held by the film type electrode for the stator and the film type electrode for the mover itself. A configuration is adopted in which fine particles such as glass beads are dispersed between the electrode and the film electrode for the moving element to hold the gap (see Non-Patent Document 1).
図1は、直動型の静電モータの概要説明図である。図2は直動型の静電モータにおけるフィルム状の固定子用フィルム型電極と移動子用フィルム型電極の詳細な説明図である。又、図3は図2のA−A’断面図である。固定子用フィルム型電極1には、絶縁体4中に導電性の帯状薄膜又は細いワイヤ等で形成された各相の電極部3が埋め込まれている。移動子用フィルム型電極2においても絶縁体5中にも同様な電極部6が埋め込まれている。図1〜図3に示す例は、固定子用フィルム型電極1及び移動子用フィルム型電極2を共に3相の交流電源に接続するものとして、3相交流電源の各相の端子にそれぞれ接続される電圧入力部7a,7b,7c及び8a,8b,8cを備えている。図2に示すように、固定子用フィルム型電極1においては、3相交流電源の第1の相の端子に接続される電圧入力部7aには通電路3a’を介して駆動用の各電極部3a,3a…が接続され、同様に、第2の相の端子に接続される電圧入力部7bには通電路3b’を介して駆動用の各電極部3b,3b…が接続され、第3の相の端子に接続される電圧入力部7cには通電路3c’を介して駆動用の各電極部3c,3c…が接続されている。なお、通電路3c’は他の電極部や通電路と交差し接触することを防ぐため電極部が設けられた側とは反対側に配置されており、スルーホール導電部9を介して駆動用の各電極部3c,3cと接続されている。そのため、図2では破線で示している。
FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of a direct acting electrostatic motor. FIG. 2 is a detailed explanatory view of a film-form electrode for a stator and a film-type electrode for a mover in a direct acting electrostatic motor. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. 2. The stator film-
移動子用フィルム型電極2においても、電極部6の配設は、固定子用フィルム型電極1と同様で、3相交流電源の第1の相の端子に接続される電圧入力部8aには通電路6a’を介して駆動用の各電極部6a,6a…が接続されている。なお、図2においては、移動子用フィルム型電極2を構成するフィルムの裏面に設けられた電極部6は破線で示し表側に設けられた電極部6は実線で表している。第2の相の端子に接続される電圧入力部8bには通電路6b’を介して駆動用の各電極部6b,6b…が接続され、第3の相の端子に接続される電圧入力部8cには通電路6c’、スルーホール導電部10を介して駆動用の各電極部6c,6c…が接続されている。
Also in the
図3は、図2におけるA−A断面図である。固定子用フィルム型電極1は、ベースフィルム4bに通電路3c’が接着剤、エッチング処理等で形成され、又該ベースフィルム4bに背中合わせに接着されるベースフィルム4cには、駆動用の電極部3a,3b,3c及び通電路3a’,3b’が接着剤、エッチング処理等で形成されている。そして、その外側をカバーフィルム4aで覆って絶縁層を形成している。すなわち、固定子用フィルム型電極1は、カバーフィルム4aの層、通電路3c’と接着剤の層、ベースフィルム4bの層、接着剤の層、ベースフィルム4cの層、駆動用の電極部3a,3b,3c及び通電路3a’,3bと接着剤の層、カバーフィルム4aの層で形成されている。
3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. The stator film-
移動子用フィルム型電極2も同様で、ベースフィルム5bに通電路6c’が接着剤、エッチング処理等で形成され、又該ベースフィルム5bに背中合わせに接着されるベースフィルム5cには、駆動用の各電極部6a,6b,6c及び通電路6a’,6b’が接着剤、エッチング処理等で形成されている。そして、その外側をカバーフィルム5aで覆って絶縁層を形成している。移動子用フィルム型電極2は、カバーフィルム5aの層、通電路6c’と接着剤の層、ベースフィルム5bの層、接着剤の層、ベースフィルム5cの層、駆動用の各電極部6a,6b,6c及び通電路6a’,6bと接着剤の層、カバーフィルム5aの層で形成されている。
さらに、この固定子用フィルム型電極1と移動子用フィルム型電極2間には、ガラスビーズ11が散布され、固定子用フィルム型電極1と移動子用フィルム型電極2間のギャップを保持している。
The same applies to the film-
Further, glass beads 11 are scattered between the
固定子用フィルム型電極1及び移動子用フィルム型電極2のそれぞれの端子には、多相交流電源(図に示す例では3相の交流電源)の各相端子を各電圧入力部7a,7b,7c、8a,8b,8cに接続して、それぞれ進行波電界を発生させて、その進行波電界の差によって移動子用フィルム型電極2を固定子用フィルム型電極1に対して直動させる。
Each terminal of the film-
又、図4は、回転型静電モータの概要説明図である。固定子用フィルム型電極1には、絶縁体4中に導電性の帯状薄膜又は細いワイヤ等で形成された各相の電極部3が放射状に配列されて埋め込まれている。同様に、移動子用フィルム型電極2にも絶縁体5中に各相電極部6が放射状に配列されて埋め込まれている。そして、固定子用フィルム型電極1と移動子用フィルム型電極2間には、ガラスビーズが散布され、固定子用フィルム型電極1と移動子用フィルム型電極2間のギャップが保持されるように構成されている。この回転型静電モータは、各相電極部3,6が放射状に配置されている点が図1〜図3で示した直動型静電モータと異なるのみで、他は直動型静電モータと同一の構成であり、対応する各要素に対して同一符号を付している。この回転型静電モータも、固定子用フィルム型電極1及び移動子用フィルム型電極2にそれぞれ多相交流電源を接続しそれぞれ進行波電界を発生させて、その進行波電界の差によって移動子用フィルム型電極を固定子用フィルム型電極に対して回転運動させるものである。
さらに、大きな力を発生させるために、図1、図4に示した固定子用フィルム型電極と移動子用フィルム型電極の1組とし複数組みを積層し、固定子用フィルム型電極及び移動子用フィルム型電極をそれぞれ互いに連結して、大きな力を発生させる積層型の静電モータが形成される。
FIG. 4 is a schematic explanatory diagram of a rotary electrostatic motor. In the stator film-
Further, in order to generate a large force, a plurality of sets are laminated as one set of the film type electrode for the stator and the film type electrode for the mover shown in FIG. 1 and FIG. The film type electrodes are connected to each other to form a laminated electrostatic motor that generates a large force.
移動子用フィルム型電極は固定子用フィルム型電極に対して移動するものであり、この固定子用フィルム型電極と移動子用フィルム型電極間のギャップを管理するためにその対向面間に散布された微小粒体のガラスビーズは、フリーの状態で固定子用フィルム型電極と移動子用フィルム型電極間に介在するものであることにより、移動子用フィルム型電極が移動することによりガラスビーズが偏り、偏在するという現象が生じるという問題があった。ガラスビーズが固定子用フィルム型電極と移動子用フィルム型電極間で偏在すると、固定子用フィルム型電極と移動子用フィルム型電極間のギャップが一様でなくなりモータの特性が変わってしまうことになる。しかし、従来は、このガラスビーズによるギャップ管理しか方法がない。また、ガラスビーズを使用しない場合には固定子用フィルム型電極及び移動子用フィルム型電極のフィルムが互いに接し摺動することになるから、フィルムが破損するという問題が生じる。 The film electrode for the mover moves relative to the film electrode for the stator, and is distributed between the opposing surfaces to manage the gap between the film electrode for the stator and the film electrode for the mover. The glass beads of the fine particles thus formed are interposed between the film-type electrode for the stator and the film-type electrode for the mover in a free state. There was a problem that the phenomenon of uneven and uneven distribution occurred. If glass beads are unevenly distributed between the film electrode for the stator and the film electrode for the mover, the gap between the film electrode for the stator and the film electrode for the mover is not uniform and the motor characteristics change. become. However, conventionally, there is only a method for managing the gap using the glass beads. Further, when the glass beads are not used, the film of the stator film type electrode and the mover film type electrode come into contact with each other and slide, which causes a problem that the film is damaged.
そこで、本発明の目的は、ガラスビーズの偏在を解消し、固定子用フィルム型電極と移動子用フィルム型電極間のギャップを所定値に保持できるようにすることにある。 Accordingly, an object of the present invention is to eliminate the uneven distribution of glass beads so that the gap between the film electrode for the stator and the film electrode for the mover can be maintained at a predetermined value.
本発明は、フィルム状の固定子用フィルム型電極と移動子用フィルム型電極で構成され、該固定子用フィルム型電極と移動子用フィルム型電極の対向面間にガラスビーズ等の微小粒体を散布して配置し固定子用フィルム型電極と移動子用フィルム型電極間のギャップを形成した静電モータに関するもので、前記固定子用フィルム型電極又は移動子用フィルム型電極のどちらか一方の対向面に、前記微小粒体の直径より低い壁で形成された隔壁を設けて、該対向面を複数の区画に区切り、前記微小粒体を隔壁で区分し、前記微小粒体の移動を各区画内の隔壁内に制限しすることにより、微小粒体を固定子用フィルム型電極と移動子用フィルム型電極の対向面に全面的に概略均一に配置させて偏在を防止して固定子用フィルム型電極と移動子用フィルム型電極間のギャップを全体的に均一に保持するようにした。また、前記隔壁は、固定子用フィルム型電極又は移動子用フィルム型電極の外面を形成するフィルムと一体的に製造して構成する。 The present invention comprises a film-form electrode for a stator and a film-type electrode for a mover, and fine particles such as glass beads between opposing surfaces of the film-type electrode for the stator and the film-type electrode for a mover In relation to an electrostatic motor in which a gap is formed between the film electrode for the stator and the film electrode for the mover, and either the film electrode for the stator or the film electrode for the mover A partition wall formed of a wall having a diameter smaller than the diameter of the microparticles is provided on the opposing surface, the opposing surface is divided into a plurality of sections, the microparticles are divided by the partition walls, and the microparticles are moved. By restricting the inside of the partition in each partition, the fine particles are disposed almost uniformly on the opposing surfaces of the stator film-type electrode and the slider film-type electrode to prevent uneven distribution and prevent the stator from being unevenly distributed. Film-type electrode and slider The gap between Lum type electrodes so as to entirely kept uniform. Moreover, the said partition is manufactured and comprised integrally with the film which forms the outer surface of the film type electrode for stators, or the film type electrode for movers.
移動子用フィルム型電極が固定子用フィルム型電極に対して相対移動しても、ガラスビーズ等の微小粒体は隔壁によってその移動が制限されるから、微小粒体は常に固定子用フィルム型電極と移動子用フィルム型電極の対向面に全面に亘って概略均一に保持されることになるから、固定子用フィルム型電極と移動子用フィルム型電極間のギャップは全面的に均一に保たれる。 Even if the film type electrode for the mover moves relative to the film type electrode for the stator, the movement of the fine particles such as glass beads is always limited by the partition wall, so the fine particles are always the film type for the stator. The gap between the stator film-type electrode and the mover film-type electrode is kept uniform over the entire surface because the electrode and the mover film-type electrode are held almost uniformly on the entire surface. Be drunk.
図5は、本発明の一実施形態における移動子用フィルム型電極2の正面図である。すなわち、移動子用フィルム型電極2の固定子用フィルム型電極1に対向する面を正面から見た図である。また、図6は、固定子用フィルム型電極1と移動子用フィルム型電極2の断面図である。この図5、図6に示されるように、移動子用フィルム型電極2には、該移動子用フィルム型電極2の表面から突出して壁を形成しガラスビーズ11を囲む隔壁20が設けられている。この隔壁20の高さは、固定子用フィルム型電極1と移動子用フィルム型電極2間のギャップに散布されるこのガラスビーズ11の直径よりも低い壁で形成されるものである。この隔壁20によって固定子用フィルム型電極1と移動子用フィルム型電極2のギャップ空間は複数の区画に区切られ、ガラスビーズ11は、各区画の隔壁20内で自由に移動できるが、この隔壁20を越えて移動することはできない。
FIG. 5 is a front view of the film-
図7は、本発明の実施形態と比較するための従来の静電モータにおける固定子用フィルム型電極1及び移動子用フィルム型電極2の断面図である。この図7と本発明の実施形態である図6と比較して明らかのように、固定子用フィルム型電極1と移動子用フィルム型電極2間に散布されたガラスビーズ11は、図7においては、その移動を制限するものがなく、移動子用フィルム型電極2が固定子用フィルム型電極1に対して相対移動するにつれて、ガラスビーズ11も移動し偏在する可能性が大きい。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a stator film-
しかし、図6に示すように本発明の実施形態では、隔壁20によって、ガラスビーズ11の移動が規制されていることから、移動子用フィルム型電極2が移動し、該移動によってガラスビーズ11が移動しようとしても、隔壁20によってその移動範囲が制限されることになるから、ガラスビーズ11は偏ることはなく、固定子用フィルム型電極1と移動子用フィルム型電極2の対向面にほぼ均一に分散配置されることになる。その結果、固定子用フィルム型電極1と移動子用フィルム型電極2間のギャップは全面的な均一に保持されることになる。
However, as shown in FIG. 6, in the embodiment of the present invention, the movement of the glass beads 11 is regulated by the
なお、上述した実施形態では、隔壁20を移動子用フィルム型電極1の固定子用フィルム型電極1との対向面側に配設したが、固定子用フィルム型電極1に設けてもよい。すなわち固定子用フィルム型電極1の移動子用フィルム型電極2との対向面に隔壁を設けても同一の作用効果を得ることができる。又、隔壁20を本実施形態では、独立した閉鎖壁で形成したが、格子状に壁を設けて隔壁としてもよい。さらにこの隔壁20は、固定子用フィルム型電極又は移動子用フィルム型電極の外皮となるカバーフィルム4a,5aを製造する際に該カバーフィルム4a,5aと共に一体的に製造しておけばよく、容易に隔壁20を形成することができる。
又、上述した実施形態では、固定子用フィルム型電極と移動子用フィルム型電極間にガラスビーズを散布して配置させたが、このガラスビーズに変えて、他の材質の微小粒体でもよい。
In addition, in embodiment mentioned above, although the
In the above-described embodiment, the glass beads are dispersed and arranged between the stator film type electrode and the mover film type electrode. However, instead of the glass beads, fine particles of other materials may be used. .
1 固定子用フィルム型電極
2 移動子用フィルム型電極
3,6 電極部
4,5 絶縁体
7a,7b,7c,8a,8b,8c 電圧入力部
9,10 スルーホール導電部
11 ガラスビーズ
20 隔壁
DESCRIPTION OF
Claims (3)
3. The electrostatic motor according to claim 1, wherein the partition wall is manufactured and configured integrally with a film that forms an outer surface of the stator film type electrode or the mover film type electrode.
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US11863086B2 (en) | 2018-02-15 | 2024-01-02 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Electrostatic motor |
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