JP6579830B2 - Static induction generator - Google Patents
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Description
本発明は、静電誘導を利用した発電装置、発電器、携帯型電気機器、携帯型時計等に関する。本発明の発電器のエネルギ源としては、人体の運動、機械等の振動、その他環境に広く存在する運動エネルギを利用することができる。特に、エレクトレット発電において、対向電極等の位相を多相化した発電器に関する。 The present invention relates to a power generation device, a power generator, a portable electric device, a portable timepiece and the like using electrostatic induction. As the energy source of the power generator of the present invention, it is possible to use kinetic energy widely present in the environment, such as human body motion, machine vibration, and the like. In particular, in electret power generation, it is related with the generator which multiphased the phase of the counter electrode.
エレクトレット材料による静電誘導を利用した実用的発電装置が、特許文献1〜5などに開示されている。静電誘導とは、帯電した物体を導体に接近させると、帯電した物体とは逆の極性の電荷が引き寄せられる現象のことである。静電誘導現象を利用した発電装置とは、「電荷を保持する膜」(以下、帯電膜という)と対向電極を配置した構造において、この現象を利用して、両者を相対移動させて誘導された電荷を取り出す発電のことである。 Practical power generators utilizing electrostatic induction by electret materials are disclosed in Patent Documents 1 to 5 and the like. The electrostatic induction is a phenomenon in which when a charged object is brought close to a conductor, charges having a polarity opposite to that of the charged object are attracted. A power generation device using an electrostatic induction phenomenon is a structure in which a “film for holding electric charges” (hereinafter referred to as a charged film) and a counter electrode are arranged, and is induced by relatively moving both of them using this phenomenon. It is the power generation that takes out the electric charge.
図1は、静電誘導現象を利用した発電の原理を模式的に説明する説明図である。図1では、対向電極側を移動させているが、帯電膜側を移動させても良い。 FIG. 1 is an explanatory diagram for schematically explaining the principle of power generation using the electrostatic induction phenomenon. In FIG. 1, the counter electrode side is moved, but the charged film side may be moved.
エレクトレット材料による場合を例にとると、エレクトレットは、誘電体に電荷を打ち込んだものであり、半永久的に静電場を発生させる帯電膜の一種である。このエレクトレットによる発電では、図1にみられるように、エレクトレットにより形成される静電場によって対向電極に誘導電荷が生じ、エレクトレットと対向電極の重なりの面積を変化(振動等)させれば、外部電気回路において交流電流を発生させることができる。このエレクトレットによる発電は、構造が比較的簡単で、電磁誘導によるものより、低周波領域において高い出力が得られる点で有利であって、近年いわゆる「環境発電(Energy Harvesting)」として注目されている。 Taking the case of an electret material as an example, the electret is a kind of a charged film in which an electric charge is injected into a dielectric and generates an electrostatic field semipermanently. In the power generation by this electret, as shown in FIG. 1, an induced electric charge is generated in the counter electrode by the electrostatic field formed by the electret, and if the area of the overlap between the electret and the counter electrode is changed (vibration, etc.) An alternating current can be generated in the circuit. This electret power generation is advantageous in that the structure is relatively simple and a higher output can be obtained in the low frequency region than that by electromagnetic induction. In recent years, it has been attracting attention as so-called “Energy Harvesting”. .
図18(a)〜(c)は、先行技術としての特許文献1の対向電極と帯電膜の概要を示す図である。図19(a)〜(c)は、特許文献1の対向電極と帯電膜の説明図である。図20は、図19の帯電膜3と、対向電極2の第1電極A、第2電極NAとのオーバラップ部分の面積に働くクーロン力を説明する説明図である。 18A to 18C are diagrams showing an outline of the counter electrode and the charged film of Patent Document 1 as the prior art. 19A to 19C are explanatory diagrams of the counter electrode and the charged film of Patent Document 1. FIG. FIG. 20 is an explanatory diagram for explaining the Coulomb force acting on the area of the overlap portion between the charging film 3 of FIG. 19 and the first electrode A and the second electrode NA of the counter electrode 2.
特許文献1には、帯電膜と対向電極の往復周期回動を行う静電誘導を利用した発電装置が開示されている。この先行技術の一実施形態には、図1の模式図とは異なり、出力として取り出す各々の電極が対向基板のみに形成された実施形態が示されている。図18(a)に示すように、回転部材4の下面に帯電膜3が、形成されている。固定側の対向基板1には、複数の第1の電極A、複数の第2の電極NAが交互に形成されている。13は回転部材4と軸8の間に設置された渦巻きバネである。10は回転錘である。 Patent Document 1 discloses a power generation device using electrostatic induction that performs reciprocal periodic rotation of a charging film and a counter electrode. In the embodiment of the prior art, unlike the schematic diagram of FIG. 1, an embodiment in which each electrode taken out as an output is formed only on the counter substrate is shown. As shown in FIG. 18A, the charging film 3 is formed on the lower surface of the rotating member 4. A plurality of first electrodes A and a plurality of second electrodes NA are alternately formed on the counter substrate 1 on the fixed side. A spiral spring 13 is installed between the rotating member 4 and the shaft 8. Reference numeral 10 denotes a rotating weight.
複数の第1の電極Aはそれぞれ電気的に接続されて、配線90Aにより発電電力が取り出される。複数の第2の電極NAもそれぞれ電気的に接続されて、配線90Nにより発電電力が整流回路92に取り出される。第1電極A、第2電極NAから出力される電圧は、静電誘導が交互に発生するため、半サイクル位相のずれた交流の波形が出力される。対向基板1上の第1の電極Aに接続した配線90Aと、第2の電極NAに接続した配線90Nは、ダイオード91を使った整流回路92に接続され、整流された電力はコンデンサまたは2次電池等を用いた蓄電部材93に接続されている。蓄電部材93に充電された電力は、後段の電子機器回路を駆動する。特許文献1の各々の電極が対向基板のみに形成された実施形態では、固定側の対向基板から電流を取り出せるので好都合である(回転部材からは電流を取り出す必要がない)。 The plurality of first electrodes A are electrically connected to each other, and the generated power is taken out by the wiring 90A. The plurality of second electrodes NA are also electrically connected to each other, and the generated power is extracted to the rectifier circuit 92 through the wiring 90N. Since the voltage output from the first electrode A and the second electrode NA alternately generates electrostatic induction, an alternating waveform having a half-cycle phase shift is output. A wiring 90A connected to the first electrode A on the counter substrate 1 and a wiring 90N connected to the second electrode NA are connected to a rectifier circuit 92 using a diode 91, and the rectified power is a capacitor or a secondary It is connected to a power storage member 93 using a battery or the like. The electric power charged in the power storage member 93 drives the subsequent electronic device circuit. In the embodiment in which each electrode of Patent Document 1 is formed only on the counter substrate, it is convenient because the current can be extracted from the counter substrate on the fixed side (the current does not need to be extracted from the rotating member).
回転部材4の下面には、図19(a)に示すような帯電膜3が形成されている。帯電膜3と帯電膜3の間の回転部材4には、穴が形成されている。一方、図19(b)に示すように、帯電膜3に対向する位置に固定された対向基板1上の対向電極2として、第1電極A、第2電極NAがそれぞれ交互に形成され、第1電極A同士、第2電極NA同士は、それぞれ接続している。第1電極A、第2電極NAから取り出した配線90A、90Nは、ダイオード91を使った整流回路92に接続され、さらにコンデンサまたは2次電池等を用いた蓄電部材93に接続されている。 A charging film 3 as shown in FIG. 19A is formed on the lower surface of the rotating member 4. A hole is formed in the rotating member 4 between the charging film 3 and the charging film 3. On the other hand, as shown in FIG. 19B, the first electrode A and the second electrode NA are alternately formed as the counter electrode 2 on the counter substrate 1 fixed at a position facing the charging film 3, The first electrodes A and the second electrodes NA are connected to each other. Wirings 90A and 90N extracted from the first electrode A and the second electrode NA are connected to a rectifier circuit 92 using a diode 91, and further connected to a power storage member 93 using a capacitor or a secondary battery.
第1電極A、第2電極NAから出力される電圧は、回転部材4の回転により静電誘導が交互に発生するため、交流の波形が出力される。図18(b)、(c)は回転部材4の円周側面から見たときの、帯電膜3と対向電極90A、90Nの配置を示している。対向電極90Aと90Nは交互に配置され、対向電極は、対向電極90A同士あるいは90N同士の間隔と同じ間隔で配置されており、回転部材4を回転させると、図18(b)、(c)のいずれかの位置関係で帯電膜と対向電極が対向する。すなわち、図18(b)に示すように、第1電極Aが帯電膜3に対向すると、第1電極Aにプラスの電荷が引き寄せられて電流が一方向に流れる。同時に、帯電膜3に対向しない位置にいる第2電極NAには、引き寄せられたプラスの電荷が消散して前記一方向と逆方向に電流が流れる。次に、回転部材4が回転して、図18(c)となり、図18(c)、(b)が繰り返される。具体的には、回転部材4に形成する帯電膜3と対向する位置になる第1電極Aと、帯電膜3と対向しない位置にいる第2電極NAとは、逆の極性となるので、それぞれの配線90A、90Nを整流回路92の異なる入力端子に接続する。発電装置から出力された交流波形は、整流回路92により直流に変換され蓄電部材93に充電されることになる。後段に接続されている電子機器回路94を駆動させるに十分な電気が充電されれば、後段の電子機器回路94を駆動させることができる。 As for the voltages output from the first electrode A and the second electrode NA, since electrostatic induction is alternately generated by the rotation of the rotating member 4, an alternating waveform is output. 18B and 18C show the arrangement of the charging film 3 and the counter electrodes 90A and 90N when viewed from the circumferential side surface of the rotating member 4. FIG. The counter electrodes 90A and 90N are alternately arranged, and the counter electrodes are arranged at the same interval as the interval between the counter electrodes 90A or 90N. When the rotating member 4 is rotated, FIGS. The charged film and the counter electrode face each other in any positional relationship. That is, as shown in FIG. 18B, when the first electrode A faces the charging film 3, a positive charge is attracted to the first electrode A and a current flows in one direction. At the same time, the drawn positive charges are dissipated in the second electrode NA that is not opposed to the charging film 3, and a current flows in the direction opposite to the one direction. Next, the rotating member 4 rotates to obtain FIG. 18C, and FIGS. 18C and 18B are repeated. Specifically, the first electrode A that is in a position facing the charging film 3 formed on the rotating member 4 and the second electrode NA that is in a position not facing the charging film 3 have opposite polarities. Wirings 90A and 90N are connected to different input terminals of the rectifier circuit 92. The alternating current waveform output from the power generator is converted into direct current by the rectifier circuit 92 and charged to the power storage member 93. If sufficient electricity is charged to drive the electronic device circuit 94 connected to the subsequent stage, the subsequent electronic device circuit 94 can be driven.
図19(c)は、図19(a)の帯電膜と図19(b)の対向電極を対向させた回転部材4に対して、その円周側面から見たときの、帯電膜3と対向電極A、NAの配置とクーロン力の影響について示したものである。クーロン力とは、異なる符号の電荷のあいだには働く引力のことで、帯電する電荷が多ければ引力も大きくなる。図19(b)の第1電極A、第2電極NAの配置によれば、図19(c)に示すように帯電膜3と電極A(又は第2電極)との間にはクーロン力が働き、その移動方向成分Fによって、図20(b)に示すような鋸歯状の保持トルクが、回転部材に作用してしまう。なお、図20(a)の第1電極A、第2電極NAは本来扇形であるが、説明をわかりやすくするためにわざと長方形で表示したものである。 FIG. 19 (c) shows the rotating member 4 in which the charging film of FIG. 19 (a) and the counter electrode of FIG. 19 (b) are opposed to the charging film 3 when viewed from the circumferential side. The arrangement of electrodes A and NA and the influence of Coulomb force are shown. The Coulomb force is an attractive force that works between charges with different signs. The more the charge is charged, the greater the attractive force. According to the arrangement of the first electrode A and the second electrode NA in FIG. 19B, there is a Coulomb force between the charging film 3 and the electrode A (or the second electrode) as shown in FIG. Due to the movement direction component F, a sawtooth holding torque as shown in FIG. In addition, although the first electrode A and the second electrode NA in FIG. 20A are originally fan-shaped, they are intentionally displayed in a rectangular shape for easy understanding.
回転部材4が停止するときは、回転部材4の保持トルクが最大となる位置、すなわち帯電膜3と電極AあるいはNAの重なり合う面積が最大となる位置に止まる。従って、回転部材4の回転開始時にあっては、保持トルクのピーク値よりも大きな回転力が加わらなければ回転部材4は回転できず、外部振動が加わったとしても電力に変換することができない。よって、図20(b)に示すような鋸歯状の保持トルクが、回転部材に作用してしまうと、保持トルクの極めて高いピーク値が、回転部材4の初動トルクの閾値を高くしてしまい、外部振動としての環境振動からのエネルギ変換効率を、より向上させるのに限界があった。また、環境振動から得られた回転部材4の回転や振動の持続性においても、保持トルクのピーク値が繰り返し発生して、より長時間持続する回転や振動に結びつけることができないでいた。 When the rotating member 4 stops, the rotating member 4 stops at a position where the holding torque of the rotating member 4 is maximized, that is, a position where the overlapping area of the charging film 3 and the electrode A or NA is maximized. Therefore, when the rotation of the rotating member 4 is started, the rotating member 4 cannot be rotated unless a rotational force larger than the peak value of the holding torque is applied, and even if external vibration is applied, it cannot be converted into electric power. Therefore, when the sawtooth holding torque as shown in FIG. 20B acts on the rotating member, the extremely high peak value of the holding torque increases the threshold value of the initial torque of the rotating member 4, There was a limit to further improving the energy conversion efficiency from environmental vibration as external vibration. Further, in the rotation and vibration sustainability of the rotating member 4 obtained from the environmental vibration, the peak value of the holding torque is repeatedly generated and cannot be connected to the rotation or vibration lasting for a longer time.
特許文献2にも、エレクトレット膜と対向電極の往復周期回動を行う静電誘導を利用した回転型発電装置が開示されており、回転部材の内面にエレクトレット膜が形成され、それに対向する固定側の対向基板に、対向電極が形成されている。回転側のエレクトレット膜と、固定側の対向電極の各々を電極として電流を取り出すものである。特許文献2では、回転側のエレクトレットからも電流を取り出さなければならないので、面倒な手間がかかる。 Patent Document 2 also discloses a rotary power generation device using electrostatic induction that performs reciprocating periodic rotation of an electret film and a counter electrode. An electret film is formed on the inner surface of a rotating member, and the fixed side faces it. A counter electrode is formed on the counter substrate. A current is taken out using each of the electret film on the rotating side and the counter electrode on the fixed side as an electrode. In Patent Document 2, it is necessary to take out current from the electret on the rotating side, which is troublesome.
特許文献1、2の従来技術では、いずれも、帯電膜と、対向した基板の対向電極は同一形状とし、帯電膜と対向電極の位置関係が相対移動することによって発電する。このような構造の場合、エレクトレット発電において帯電膜と対向電極間でクーロン力Qが発生するため、回転部材が動き出す初動トルクはこのクーロン力以上のトルクが必要となる。また、回転部材に伝達するトルクがなくなって慣性力で回転部材が回転する場合であっても、慣性力がクーロン力以下になった段階で回転が停止する。このため、エレクトレット発電の発電効率を向上させるには帯電膜と対向電極間に発生するクーロン力を低減する必要がある。特許文献3は、エレクトレット膜と対向電極が並進運動タイプであるが、やはり同様の問題が発生する。 In both of the prior arts of Patent Documents 1 and 2, the charging film and the counter electrode of the opposing substrate have the same shape, and power is generated by the relative movement of the positional relationship between the charging film and the counter electrode. In such a structure, since the Coulomb force Q is generated between the charging film and the counter electrode in electret power generation, the initial motion torque at which the rotating member starts to move requires a torque greater than the Coulomb force. Even when the torque transmitted to the rotating member is lost and the rotating member rotates with the inertial force, the rotation stops when the inertial force becomes equal to or less than the Coulomb force. For this reason, in order to improve the power generation efficiency of electret power generation, it is necessary to reduce the Coulomb force generated between the charged film and the counter electrode. In Patent Document 3, the electret film and the counter electrode are of a translational motion type, but the same problem occurs.
上述した特許文献1〜3の従来技術に対し、特許文献4、5のエレクトレット膜を用いた静電誘導型発電装置では、往復動する可動基板を、サンドイッチ状に上部固定基板と下部固定基板で挟んでいる。可動基板の上下面にそれぞれエレクトレット膜を形成し、可動基板の上面のエレクトレット膜に対向する対向電極を、上部固定基板に設けるとともに、可動基板の下面のエレクトレット膜に対向する対向電極を、下部固定基板に設けたものである。可動基板の上部と下部間で、対向電極とエレクトレット膜との移動方向のピッチの位相を、相互にずらして、クーロン力を低減し、発電時の初動トルクの低減を行い、発電効率の向上を図っている。しかしながら、特許文献4、5の上下両面タイプには、次のような問題がある。 In contrast to the above-described conventional techniques of Patent Documents 1 to 3, in the electrostatic induction power generation device using the electret film of Patent Documents 4 and 5, the movable substrate that reciprocates is sandwiched between an upper fixed substrate and a lower fixed substrate. It is sandwiched. Each electret film is formed on the upper and lower surfaces of the movable substrate, the counter electrode facing the electret film on the upper surface of the movable substrate is provided on the upper fixed substrate, and the counter electrode facing the electret film on the lower surface of the movable substrate is fixed to the lower portion. It is provided on the substrate. Shifting the phase of the pitch of the counter electrode and electret film in the moving direction between the upper and lower parts of the movable substrate to reduce the Coulomb force, reducing the initial torque during power generation, and improving power generation efficiency I am trying. However, the upper and lower double-sided types of Patent Documents 4 and 5 have the following problems.
上下両面タイプでは、上面帯電膜と下面帯電膜の帯電量が等しい場合に限って、クーロン力を打ち消し合うことができるものである。可動基板は、クーロン力の均衡をとるため、上部固定基板と下部固定基板の正確な中間位置に位置しなくてはならない。このため、可動基板の位置精度管理が困難である。その上、帯電量は主に帯電膜厚に依存し、生産過程においてこの膜厚がバラついてしまうばかりでなく、コロナ放電により帯電させるため帯電電荷の量もバラつくことが多い。したがって、上下両面タイプで上下帯電膜の帯電量を等しくするのは、かなり難しい課題となっていた。 In the case of the upper and lower double-sided type, the Coulomb force can be canceled out only when the charge amounts of the upper surface charging film and the lower surface charging film are equal. The movable substrate must be positioned at an exact middle position between the upper fixed substrate and the lower fixed substrate in order to balance the Coulomb force. For this reason, it is difficult to manage the positional accuracy of the movable substrate. In addition, the amount of charge mainly depends on the thickness of the charged film, and not only does this film thickness vary during the production process, but also the amount of charged charge often varies due to charging by corona discharge. Therefore, it has been a difficult task to make the charge amounts of the upper and lower charging films equal in the upper and lower double-sided type.
さらに、可動基板の上下面を利用するため、上部固定基板と可動基板間、可動基板と下部固定基板間の上下に厚さが必要になり、発電機器の厚さが厚くなるという問題を抱えていた。 Furthermore, since the upper and lower surfaces of the movable substrate are used, thicknesses are required between the upper fixed substrate and the movable substrate, and between the movable substrate and the lower fixed substrate. It was.
本発明は、対向電極列間で相対位置をずらして配置し、対向電極と帯電膜間に生じるクーロン力をキャンセルする静電誘導型発電器において、発電能力を維持しつつ、クーロン力を相殺する精度を高めて発電負荷を低減し、薄型の構造ながら効率の良い静電誘導発電を行うことを課題とする。 The present invention cancels the Coulomb force while maintaining the power generation capacity in an electrostatic induction generator that cancels the Coulomb force generated between the counter electrode and the charging film by shifting the relative position between the counter electrode rows. It is an object to increase the accuracy and reduce the power generation load, and to perform efficient electrostatic induction power generation with a thin structure.
本発明は、ハウジングと、前記ハウジングに固定された第1基板と、前記第1基板に対して相対移動可能に平行に配置された第2基板と、帯電膜と、対向電極と、前記帯電膜及び対向電極間で発生した交流を出力する出力部と、を有し、前記対向電極を第1基板の第1対向面に設置し、前記対向電極に対向するように前記帯電膜を一定間隔おきに前記第2基板の第2対向面に設置し、前記対向電極は、前記第1対向面に分離して設けられた複数の第1電極と第2電極から構成され、前記第1電極と前記第2電極は、前記移動方向に沿って交互に、前記一定間隔で一列に配置され、前記第1電極同士と前記第2電極同士が接続されるとともに、前記第1電極と前記第2電極はそれぞれ前記出力部に接続されており、前記第1対向面において、前記一列の前記第1電極と前記第2電極が、複数列設置され、前記複数列ごとの前記一定間隔の位相はそれぞれ異なるようにし、帯電膜及び対向電極間で発生したクーロン力を低減した静電誘導型発電器である。 The present invention includes a housing, a first substrate fixed to the housing, a second substrate disposed in parallel to be movable relative to the first substrate, a charging film, a counter electrode, and the charging film. And an output unit for outputting alternating current generated between the counter electrodes, the counter electrode is disposed on the first counter surface of the first substrate, and the charging film is spaced at regular intervals so as to oppose the counter electrode. Installed on the second opposing surface of the second substrate, and the opposing electrode is composed of a plurality of first electrodes and second electrodes provided separately on the first opposing surface, and the first electrode and the second electrode The second electrodes are alternately arranged in a line at the predetermined intervals along the moving direction, the first electrodes and the second electrodes are connected, and the first electrode and the second electrode are Each connected to the output section, and A plurality of rows of the first electrode and the second electrode are arranged, and the phases of the constant intervals of the rows are different from each other, and the Coulomb force generated between the charged film and the counter electrode is reduced. It is an induction generator.
複数の移動方向の対向電極列、あるいは帯電膜列の間で相対位置を、同一平面内で対向電極列、あるいは帯電膜列の列数に応じてずらして配置し、対向電極と帯電膜間に生じるクーロン力をキャンセルすることで、発電能力を維持しつつ、相殺し合うクーロン力を均等に管理して発電負荷を低減でき、薄型の構造ながら効率の良い静電誘導発電を行うことが可能になった。 Relative positions between the counter electrode rows or charged film rows in a plurality of moving directions are shifted in the same plane according to the number of counter electrode rows or charged film rows, and between the counter electrode and the charged film. By canceling the generated coulomb force, while maintaining the power generation capacity, the coulomb forces that cancel each other out can be evenly managed to reduce the power generation load, enabling efficient electrostatic induction power generation with a thin structure became.
以下、各図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。以下の各実施形態では、一例として腕時計で説明するが、必ずしも腕時計に限定されるものではない。携帯用の静電誘導発電器付き電子電気機器などにも適用可能である。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. About each embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to the part of the same structure, and the description is abbreviate | omitted. In the following embodiments, a wristwatch will be described as an example, but the present invention is not necessarily limited to a wristwatch. The present invention can also be applied to a portable electronic electric device with an electrostatic induction generator.
(第1実施形態)
図2は、本発明の第1実施形態のA−A線(図3)に関する模式的断面図である。図3は、本発明の第1実施形態の内部構造を示す概要である。図4は、本発明の第1実施形態を説明するための部分的斜視図である。図5は、本発明の第1実施形態の対向電極と帯電膜の概要を示す図である。図6は、本発明の第1実施形態の整流回路からの出力を示すグラフである。
(First embodiment)
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line AA (FIG. 3) of the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is an outline showing the internal structure of the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a partial perspective view for explaining the first embodiment of the present invention. FIG. 5 is a diagram showing an outline of the counter electrode and the charged film according to the first embodiment of the present invention. FIG. 6 is a graph showing an output from the rectifier circuit according to the first embodiment of the present invention.
以下、第1実施形態を、各図面を参照して説明する。第1実施形態は、腕時計などの携帯用電子時計に適用した場合である。
携帯用電子時計は、図2に示すように、風防24を含む外装ケーシング41、42(裏蓋42)と、文字板25と、ハウジング33、34と、このハウジング内に配置されたクオーツムーブメントと、ハウジング内に配置された静電誘導発電器とを有している。風防24は、パッキン43を介して外装ケーシング41に嵌めこまれている。風防24は、透明材料で形成されている。
Hereinafter, a first embodiment will be described with reference to the drawings. 1st Embodiment is a case where it applies to portable electronic timepieces, such as a wristwatch.
As shown in FIG. 2, the portable electronic timepiece includes exterior casings 41 and 42 (back cover 42) including a windshield 24, a dial plate 25, housings 33 and 34, and a quartz movement disposed in the housing. And an electrostatic induction generator disposed in the housing. The windshield 24 is fitted into the outer casing 41 via the packing 43. The windshield 24 is made of a transparent material.
ハウジングは、以下において腕時計の場合によくつかわれる呼称、すなわち、地板33、受け板34として説明する。地板33は、ハウジングの一種であって、様々なパーツを組み込む土台、支持板、内装ケーシングなどを意味している。また、受け板とは、回転体の軸を支えたり、部品を固定・保持する役割を果たす場合に良くつかわれる用語である。 Hereinafter, the housing will be described as a name often used in the case of a wristwatch, that is, a base plate 33 and a receiving plate 34. The base plate 33 is a kind of housing, and means a base, a support plate, an interior casing and the like into which various parts are incorporated. Further, the backing plate is a term often used when supporting the shaft of a rotating body and fixing / holding parts.
クオーツムーブメントは、ここでは、水晶振動子28と、回路基板5と、コイル26及びモータ用のロータ・ステータを備えたステップモータと、運針用歯車と、2次電池22などを含むものとして定義される。回路基板5には、発振回路、分周回路、ステップモータの駆動回路、整流回路、電源回路などが組み込まれている。歯車駆動部21には、クオーツムーブメントの一部である、コイル26、ステップモータ、運針用歯車などが含まれている。図2にみられるように、歯車駆動部21からは、指針軸が、文字板25の上方に突き出て時針、分針、秒針(秒針図示せず)などの指針23が取り付けられている。指針23は、時針、分針しか表示していないが、時針、分針、秒針を備えていても良い。図3は、クオーツムーブメントと静電誘導発電器などの時計内部構造の概要を示しており、図3のZ部分は、地板やクオーツムーブメントの一部が適宜レイアウトされた概略領域である。27はりゅうずを示している。Z部分には、クオーツムーブメントのうち歯車駆動部21や回路基板5などが配置されるが、そのレイアウトは適宜設計的に定めればよい。 Here, the quartz movement is defined as including a crystal oscillator 28, a circuit board 5, a step motor including a coil 26 and a rotor / stator for a motor, a gear wheel, a secondary battery 22, and the like. The The circuit board 5 incorporates an oscillation circuit, a frequency divider circuit, a step motor drive circuit, a rectifier circuit, a power supply circuit, and the like. The gear drive unit 21 includes a coil 26, a step motor, a needle-operating gear, and the like, which are part of the quartz movement. As shown in FIG. 2, the gear drive unit 21 has a pointer shaft protruding above the dial 25 and attached with a pointer 23 such as an hour hand, a minute hand, and a second hand (not shown). The hand 23 displays only the hour hand and the minute hand, but may include an hour hand, a minute hand, and a second hand. FIG. 3 shows an outline of a watch internal structure such as a quartz movement and an electrostatic induction generator, and a Z portion in FIG. 3 is a schematic region in which a part of the main plate and the quartz movement is appropriately laid out. Reference numeral 27 denotes a crown. In the Z portion, the gear drive unit 21 and the circuit board 5 of the quartz movement are arranged, and the layout may be determined appropriately in terms of design.
次に、図2を参照して静電誘導発電器の全体構成について述べる。
回転軸8には回転部材4が固定されており、回転部材4の下面には帯電膜3が配置されている。回転部材4は第2基板ともいう。一方、帯電膜3に対向するように、上部表面に対向電極2が配置された対向基板1が、受け板34に設置固定されている。対向基板1を第1基板ともいう。回転部材4は、地板33と受け板34間で軸支され、文字板25、地板33、回転部材4、対向基板1、受け板34の順序で配置されているが、これに限定されるものではなく、文字板25、地板33、対向基板1、回転部材4、受け板34の順序で配置されていても良い。後述の他の実施形態においても同様である。
Next, the overall configuration of the electrostatic induction generator will be described with reference to FIG.
The rotating member 4 is fixed to the rotating shaft 8, and the charging film 3 is disposed on the lower surface of the rotating member 4. The rotating member 4 is also referred to as a second substrate. On the other hand, the counter substrate 1 having the counter electrode 2 disposed on the upper surface thereof is installed and fixed to the receiving plate 34 so as to face the charging film 3. The counter substrate 1 is also referred to as a first substrate. The rotating member 4 is pivotally supported between the base plate 33 and the receiving plate 34, and is arranged in the order of the dial plate 25, the base plate 33, the rotating member 4, the counter substrate 1, and the receiving plate 34, but is not limited thereto. Instead, the dial plate 25, the base plate 33, the counter substrate 1, the rotating member 4, and the receiving plate 34 may be arranged in this order. The same applies to other embodiments described later.
図2において、クオーツムーブメントの回路基板5も、対向基板と同様に受け板34に設置固定されている。ここでは、対向基板1と帯電膜3とのギャップを精密に管理するため、対向基板1と回路基板5を別体で作製しているが、同様の位置精度が満たされるなら回路基板5と対向基板1を同一の基板に形成することも可能である。回路基板5と対向基板1とが別基板の場合は接続コネクタ、導通バネ、接続端子などで導通を行う。これらは、後述の実施形態においても同様である。 In FIG. 2, the circuit board 5 of the quartz movement is also installed and fixed to the receiving plate 34 in the same manner as the counter substrate. Here, in order to precisely manage the gap between the counter substrate 1 and the charging film 3, the counter substrate 1 and the circuit substrate 5 are manufactured separately. If the same positional accuracy is satisfied, the counter substrate 1 and the circuit substrate 5 are opposed to each other. It is also possible to form the substrate 1 on the same substrate. When the circuit board 5 and the counter board 1 are separate boards, conduction is performed by a connection connector, a conduction spring, a connection terminal, or the like. These are the same in the embodiments described later.
回転部材4が回転すると、静電誘導発電が引き起こされ、帯電膜3と対向電極2間で発生した電力を、クオーツムーブメント(回路基板5)に出力する。図4には、回転部材4の下面には帯電膜3が配置され、帯電膜3に対向するように、対向電極2が配置された状況が斜視図で模式的に示されている。本実施形態では、回転錘10の伝動に歯車伝動機構を介しているので、上部から下部に向かって、文字板25、地板33、歯車14、回転部材4、帯電膜3、対向電極2、対向基板1、受け板34の順序で配置されている。 When the rotating member 4 rotates, electrostatic induction power generation is caused, and the electric power generated between the charging film 3 and the counter electrode 2 is output to the quartz movement (circuit board 5). In FIG. 4, a state in which the charging film 3 is disposed on the lower surface of the rotating member 4 and the counter electrode 2 is disposed so as to face the charging film 3 is schematically shown in a perspective view. In this embodiment, a gear transmission mechanism is used for transmission of the rotary weight 10, so that the dial 25, the base plate 33, the gear 14, the rotating member 4, the charging film 3, the counter electrode 2, The substrate 1 and the receiving plate 34 are arranged in this order.
対向基板1には、図5(b)に示すように、外周側に第1電極Aと第2電極NAが交互に配置され、内周側に第1電極Bと第2電極NBが交互に配置されている。全ての第1電極A、全ての第2電極NAはそれぞれ連結されて、第1の交流を形成して、整流回路20に入力される。同様に、全ての第1電極B、全ての第2電極NBはそれぞれ連結されて、第2の交流を形成して、整流回路20に入力される。 In the counter substrate 1, as shown in FIG. 5B, the first electrode A and the second electrode NA are alternately arranged on the outer peripheral side, and the first electrode B and the second electrode NB are alternately arranged on the inner peripheral side. Has been placed. All the first electrodes A and all the second electrodes NA are connected to each other to form a first alternating current and input to the rectifier circuit 20. Similarly, all the first electrodes B and all the second electrodes NB are connected to each other to form a second alternating current and input to the rectifier circuit 20.
回転部材の下面の帯電膜3は、図5(a)に示すように、それぞれ、放射状に形成され、放射状の各一片との間にはブランク部(透し穴、貫穴)が形成されている。回転軸8は、上側は地板33の軸受50、下側は受け板34に設けた軸受50(軸受50は、耐震装置、一例としてパラショックなどであっても良い)で軸支されている。なお、回転部材4にブランク部を形成しなくても実施可能である。 As shown in FIG. 5A, the charging film 3 on the lower surface of the rotating member is formed radially, and blank portions (through holes, through holes) are formed between the radial pieces. Yes. The rotary shaft 8 is pivotally supported by a bearing 50 provided on the base plate 33 on the upper side and a bearing 50 provided on the receiving plate 34 on the lower side (the bearing 50 may be a seismic device, for example, a parashock or the like). In addition, even if it does not form a blank part in the rotation member 4, it can implement.
帯電膜あるいは対向電極の配置について説明の簡易化のため、以下、位相で表現することにする。その意味合いは下記のとおりである。回転部材の帯電膜とブランク部(透し穴、貫穴)が等面積で円周方向に交互配置され、帯電膜と等面積の電極が円周方向に配置された対向基板とが、同軸で近接配置されたとき、上面視で帯電膜と対向電極の重なる面積が最大となる位置で、最も多くの電荷が対向電極に誘導されるため発電電力は最大である。その後、帯電膜が対向電極から遠ざかると誘導された電荷は減り、帯電膜と対向電極が全く重ならない位置のときに発電電力は最も小さくなる。回転部材の回転によりこの状態が交互に繰り返されるため、発電電力の波形は周期的になり、帯電膜と対向電極が重なる位置から次の重なる位置までは、波形の位相が360度回転する。このとき帯電膜は、円周方向に帯電膜の幅の2倍移動している。従って、対向電極あるいは帯電膜の配置の移動量を説明する場合に、帯電膜の幅2枚分の相対的な位置(回転の場合、変位角度)の違いを位相に読み替え、1サイクルと呼ぶことにする。 In order to simplify the description of the arrangement of the charged film or the counter electrode, it will be expressed in terms of phase hereinafter. The implications are as follows. The charging film of the rotating member and the blank portion (through hole, through hole) are alternately arranged in the circumferential direction with the same area, and the charging film and the counter substrate in which the electrode of the same area is arranged in the circumferential direction are coaxial. When arranged close to each other, the generated electric power is the maximum because the most charge is induced to the counter electrode at the position where the area where the charging film and the counter electrode overlap is maximized when viewed from above. Thereafter, when the charged film is moved away from the counter electrode, the induced charge is reduced, and the generated power becomes the smallest when the charged film and the counter electrode do not overlap at all. Since this state is repeated alternately by the rotation of the rotating member, the waveform of the generated power becomes periodic, and the phase of the waveform rotates 360 degrees from the position where the charging film and the counter electrode overlap to the next overlapping position. At this time, the charged film has moved twice the width of the charged film in the circumferential direction. Therefore, when explaining the amount of movement of the arrangement of the counter electrode or the charged film, the difference in relative position (displacement angle in the case of rotation) of the two charged film widths is read as a phase and called one cycle. To.
第1電極Aと第2電極NAの電極列と、第1電極Bと第2電極NBの電極列とは、交流1サイクルの4分の1サイクルだけ位相が異なるように配置されている。第1電極Aと第2電極NAの電極列と、第1電極Bと第2電極NBの電極列の両者合わせて、対向電極2と総称する。第1電極Bと第2電極NBの電極列とは、第1電極Aと第2電極NAの電極列に対して交流1サイクルの4分の3サイクルだけ位相が異なるように配置されていても良い。図5(a)、(b)の実施形態では、第1、2電極は4組設置されているが、これに限定されるものではなく、偶数個設置されていればよい。以下の実施形態においても同様である。 The electrode rows of the first electrode A and the second electrode NA and the electrode rows of the first electrode B and the second electrode NB are arranged so that the phases are different by a quarter cycle of the AC one cycle. The electrode array of the first electrode A and the second electrode NA and the electrode array of the first electrode B and the second electrode NB are collectively referred to as the counter electrode 2. The electrode rows of the first electrode B and the second electrode NB may be arranged so that their phases are different from the electrode rows of the first electrode A and the second electrode NA by 3/4 cycle of one AC cycle. good. In the embodiment of FIGS. 5A and 5B, four sets of the first and second electrodes are installed, but the present invention is not limited to this, and it is sufficient that an even number of electrodes are installed. The same applies to the following embodiments.
回転錘10は腕の動きなどを捉えて回転する。図2、4に示すように、回転軸8の回転部材4の上側において歯車14が回転軸8に固定されている。また、軸9に固定された回転錘10から回転軸8への歯車伝動機構(歯車列)として、軸9に固定された歯車15と、回転軸8に固定された歯車14とが設けられている。ここでは、歯車列は、歯車15、14を指している。この場合、回転錘10の回転が増速されて回転軸8を回転させると、回転部材に設置された帯電膜(エレクトレット膜)3を、対向基板1(受け板34の固定)に静止した対向電極2に対して、増速回転させることができる。従って、回転部材4の回転数が高まると、発電量を上昇させることができる。なお、歯車列としては、2枚の歯車に限らず、3枚以上の歯車を組み合わせても良く、また、特殊歯車、カム、リンク、一方向クラッチ等を途中に介在させたものもここでの歯車伝動機構に含まれる。軸9は、ここでは、受け板34にベアリング16を介して軸支されている。軸9の軸支については、地板33と受け板34で軸支することも可能である。 The rotary weight 10 rotates by capturing the movement of the arm and the like. As shown in FIGS. 2 and 4, the gear 14 is fixed to the rotating shaft 8 on the upper side of the rotating member 4 of the rotating shaft 8. Further, as a gear transmission mechanism (gear train) from the rotary weight 10 fixed to the shaft 9 to the rotary shaft 8, a gear 15 fixed to the shaft 9 and a gear 14 fixed to the rotary shaft 8 are provided. Yes. Here, the gear train refers to the gears 15 and 14. In this case, when the rotation of the rotary weight 10 is increased and the rotating shaft 8 is rotated, the charging film (electret film) 3 installed on the rotating member is opposed to the counter substrate 1 (fixing of the receiving plate 34). The electrode 2 can be rotated at an increased speed. Therefore, when the rotational speed of the rotating member 4 increases, the amount of power generation can be increased. The gear train is not limited to two gears, but may be a combination of three or more gears, or a special gear, a cam, a link, a one-way clutch or the like interposed in the middle of the gear train. It is included in the gear transmission mechanism. Here, the shaft 9 is pivotally supported by the receiving plate 34 via the bearing 16. The shaft 9 can be supported by the base plate 33 and the receiving plate 34.
軸9に固定された回転錘10から回転軸8への歯車伝動機構としては、機械式腕時計においてこれまで公知の自動巻きの回転駆動技術を転用することが可能である。たとえば、腕の運動などの振動による、軸9に固定された回転錘10の正逆両方向の回転を、歯車伝動機構に内在した変換クラッチ機構によって、常に一方向の回転に変換するようにしても良い。 As a gear transmission mechanism from the rotary weight 10 fixed to the shaft 9 to the rotary shaft 8, it is possible to divert a conventionally known automatic winding rotational drive technique in a mechanical wristwatch. For example, rotations in both forward and reverse directions of the rotary weight 10 fixed to the shaft 9 due to vibrations such as arm movements may be always converted into one-way rotation by the conversion clutch mechanism included in the gear transmission mechanism. good.
このような変換クラッチ機構は、ツゥーウェイクラッチ機構として機械式自動巻き腕時計の公知技術として、よく知られているので、これらの公知技術などを適用することが可能である。また、回転錘10による軸9の回転や揺動の正逆一方向のみを、ワンウェイクラッチで回転軸8に伝動しても良い。この場合、回転錘10の軸9(回転部材4の回転軸8)の回転が逆回転する時であっても、回転部材4に動きを阻害する力が加わることがなくなるので運動エネルギの無駄がなくなり、発電効率を高めることができる。以上述べた回転部材4と回転錘10との歯車伝動機構は、以下に述べる実施形態においても適宜適用することができる。本実施形態において、回転錘10は直接回転軸8に設けることも可能である。さらには、回転部材4に錘を設けて、回転錘の代わりにしても良い。これらの場合には歯車伝動機構15、14が不要である。 Such a conversion clutch mechanism is well known as a known technique of a mechanical self-winding wristwatch as a two-way clutch mechanism, and thus these known techniques can be applied. Further, only the forward and reverse direction of the rotation and swing of the shaft 9 by the rotating weight 10 may be transmitted to the rotating shaft 8 by a one-way clutch. In this case, even when the rotation of the shaft 9 of the rotating weight 10 (the rotating shaft 8 of the rotating member 4) rotates in the reverse direction, no force that impedes the movement is applied to the rotating member 4, so that kinetic energy is wasted. The power generation efficiency can be improved. The gear transmission mechanism of the rotating member 4 and the rotating weight 10 described above can be appropriately applied to the embodiments described below. In the present embodiment, the rotary weight 10 can also be provided directly on the rotary shaft 8. Further, a weight may be provided on the rotating member 4 to replace the rotating weight. In these cases, the gear transmission mechanisms 15 and 14 are unnecessary.
続いて、本実施形態の詳細について以下に説明する。
本発明で帯電膜として用いられるエレクトレット材料には、帯電しやすい材料を用い、例えばマイナスに帯電する材料としてはシリコン酸化物(SiO2)や、フッ素樹脂材料などを用いる。具体的には一例としてマイナスに帯電する材料として旭硝子製のフッ素樹脂材料であるCYTOP(登録商標)などがある。
Next, details of the present embodiment will be described below.
As the electret material used as a charging film in the present invention, a material that is easily charged is used. For example, silicon oxide (SiO 2 ) or a fluororesin material is used as a negatively charged material. Specifically, as a negatively charged material, there is CYTOP (registered trademark), which is a fluororesin material manufactured by Asahi Glass.
さらに、その他にもエレクトレット材料としては、高分子材料としてポリプロピレン(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)、ポリビニルフルオライド(PVF)などがあり、無機材料としては前述したシリコン酸化物(SiO2)やシリコン窒化物(SiN)なども使用することができる。その他、周知の帯電膜を使用することができる。 In addition, other electret materials include polymer materials such as polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyvinyl chloride (PVC), polystyrene (PS), polytetrafluoroethylene (PTFE), and polyvinyldendifluoride (PVDF). ), Polyvinyl fluoride (PVF), and the like, and the aforementioned silicon oxide (SiO 2 ) and silicon nitride (SiN) can be used as the inorganic material. In addition, a well-known charged film can be used.
図5〜7を参照して、帯電膜3と対向電極2による発電を説明する。本実施形態の発電の仕組みは、特許文献1で説明した図18のタイプと同じである。回転部材4の下面の帯電膜3は、図5(a)に示すように、それぞれ、放射状に形成され、放射状の各一片3との間にはブランク部(透し穴、貫穴)が形成されている。回転移動する帯電膜3からは整流器への入力は無い。本実施形態では、外周側の第1電極Aと第2電極NAの外周電極列と、内周側の第1電極Bと第2電極NBの内周電極列の2列を有している。このような複数列の第1電極と第2電極に対向電極を分割することを、ここでは多相化と呼ぶ。 With reference to FIGS. 5-7, the electric power generation by the charging film 3 and the counter electrode 2 is demonstrated. The power generation mechanism of this embodiment is the same as the type shown in FIG. As shown in FIG. 5A, the charging film 3 on the lower surface of the rotating member 4 is formed radially, and blank portions (through holes, through holes) are formed between each of the radial pieces 3. Has been. There is no input to the rectifier from the rotating charging film 3. In the present embodiment, there are two rows, the outer peripheral electrode row of the first electrode A and the second electrode NA on the outer peripheral side, and the inner peripheral electrode row of the first electrode B and the second electrode NB on the inner peripheral side. Dividing the counter electrode into a plurality of rows of the first electrode and the second electrode is referred to herein as multiphase.
外周側の第1電極Aと第2電極NAの外周電極列において、次のように電流が生成される。複数の第1電極Aを連結した配線をA配線といい、複数の第2電極NAを連結した配線をNA配線という。第1電極Aと第2電極NAは、移動方向(ここでは回転方向)に沿って交互に、一定間隔(ここでは一定角度間隔)で一列に配置されている。
図5(b)の第1電極Aには、破線で表示された帯電膜3が重なり合っている。帯電膜3が第1電極Aと重なり合っている期間をA期間という。帯電膜3(エレクトレット膜)には、負電荷が保持されているので、第1電極Aには、静電誘導により正電荷が引き寄せられる。正電荷が引き寄せられる際に電流が流れる。
一方、回転部材4の回転(仮に時計回りとする)に伴い、破線で表示された帯電膜3が、隣の第2電極NAに重なる。帯電膜3が第2電極NAと重なり合っている期間をNA期間という。第2電極NAには、静電誘導により正電荷が引き寄せられる。正電荷が引き寄せられる際に電流が流れる。これに対して、第1電極Aには、ブランク部(穴)が重なるので、A期間において引き寄せられた正電荷が消散して逆方向に電流が流れる。回転部材4の回転に伴い、A期間とNA期間が交互に繰り返されることになる。すなわち、A期間には、第2電極NAから第1電極Aに電流が流れ、NA期間には、第1電極Aから第2電極NAに電流が流れる。
In the outer peripheral electrode array of the first electrode A and the second electrode NA on the outer peripheral side, a current is generated as follows. A wiring connecting a plurality of first electrodes A is called an A wiring, and a wiring connecting a plurality of second electrodes NA is called an NA wiring. The first electrode A and the second electrode NA are alternately arranged in a line at a constant interval (here, a constant angle interval) along the movement direction (here, the rotation direction).
The charging film 3 indicated by a broken line overlaps the first electrode A in FIG. A period in which the charging film 3 overlaps the first electrode A is referred to as an A period. Since the negative charge is held in the charging film 3 (electret film), the positive charge is attracted to the first electrode A by electrostatic induction. Current flows when positive charge is drawn.
On the other hand, along with the rotation of the rotating member 4 (assuming clockwise), the charging film 3 indicated by a broken line overlaps with the adjacent second electrode NA. A period in which the charging film 3 overlaps the second electrode NA is referred to as an NA period. Positive charges are attracted to the second electrode NA by electrostatic induction. Current flows when positive charge is drawn. On the other hand, since the blank part (hole) overlaps with the first electrode A, the positive charge drawn in the period A is dissipated and a current flows in the reverse direction. As the rotating member 4 rotates, the A period and the NA period are alternately repeated. That is, during the period A, a current flows from the second electrode NA to the first electrode A, and during the NA period, a current flows from the first electrode A to the second electrode NA.
内周側の第1電極Bと第2電極NBの内周電極列において、次のように電流が生成される。複数の第1電極Bを連結した配線をB配線といい、複数の第2電極NBを連結した配線をNB配線という。第1電極Aと第2電極NAと同様に、内周側の第1電極Bと第2電極NBは、回転方向に沿って交互に、一定角度間隔で一列に配置されている。内周側の第1電極Bと第2電極NBは、外周側の第1電極Aと第2電極NAとは、4分の1サイクルだけ位相差を以って配列されている。内周側の第1電極Bと第2電極NBは、外周側の第1電極Aと第2電極NAと同様に、4分の1サイクルだけ位相差の遅れを以って、交流電流が流れる。外周側の第1電極Aと第2電極NAの外周電極列に発生した交流は、配線A、NAを経て整流回路20に入力され、内周側の第1電極Bと第2電極NBの内周電極列に発生した交流も、配線B、NBを経て整流回路20に入力され、整流されて、図6に示す直流電流として取り出される。ここで図6の横軸は、電極に発生した交流の位相角であり、縦軸は発生した交流の振幅である。先に述べたように交流の位相を変位角度に置き換えている。上述された発電装置から出力された2相の交流波形は、整流回路20により直流に変換され、降圧回路30を経て2次電池22に充電されることになる。回転部材4に対向電極2を配置すると、対向電極2から整流回路20に入力する配線を設けることができないため、対向電極2と回転軸8を導通させ回転軸8から発電電流を取り出すしかなく、送電経路の抵抗が増加して発電効率を低下させてしまう。しかし、本実施形態の構成によれば、固定された対向基板の対向電極2から電流を取り出せばよいので、回路構成が極めて簡易なものにすることができる。 In the inner peripheral electrode array of the first electrode B and the second electrode NB on the inner peripheral side, a current is generated as follows. A wiring connecting a plurality of first electrodes B is called a B wiring, and a wiring connecting a plurality of second electrodes NB is called an NB wiring. Similar to the first electrode A and the second electrode NA, the first electrode B and the second electrode NB on the inner peripheral side are alternately arranged in a line at a predetermined angular interval along the rotation direction. The first electrode B and the second electrode NB on the inner peripheral side are arranged with a phase difference by a quarter cycle from the first electrode A and the second electrode NA on the outer peripheral side. The first electrode B and the second electrode NB on the inner peripheral side, like the first electrode A and the second electrode NA on the outer peripheral side, flow an alternating current with a phase difference delay by a quarter cycle. . The alternating current generated in the outer peripheral electrode array of the first electrode A and the second electrode NA on the outer peripheral side is input to the rectifier circuit 20 via the wirings A and NA, and the inner side of the first electrode B and the second electrode NB on the inner peripheral side The alternating current generated in the circumferential electrode array is also input to the rectifier circuit 20 via the wirings B and NB, rectified, and taken out as a direct current shown in FIG. Here, the horizontal axis of FIG. 6 is the phase angle of the alternating current generated in the electrode, and the vertical axis is the amplitude of the generated alternating current. As described above, the AC phase is replaced with the displacement angle. The two-phase AC waveform output from the above-described power generator is converted to DC by the rectifier circuit 20 and charged to the secondary battery 22 via the step-down circuit 30. If the counter electrode 2 is disposed on the rotating member 4, wiring to be input from the counter electrode 2 to the rectifying circuit 20 cannot be provided. Therefore, the counter electrode 2 and the rotating shaft 8 are connected to each other and the generated current is extracted from the rotating shaft 8. The resistance of the power transmission path is increased and the power generation efficiency is lowered. However, according to the configuration of the present embodiment, it is only necessary to extract current from the counter electrode 2 of the fixed counter substrate, so that the circuit configuration can be extremely simplified.
回転錘10によって、回転軸8に固定された回転部材4が回転すると、帯電膜(エレクトレット膜)3と、対向電極2の第1電極A、第2電極NA、第1電極B、第2電極NBとの重なり面積が増減し、これらに引き寄せられる正電荷が増減して、帯電膜(エレクトレット膜)3と対向電極2間に、図6に示す交流電流を発生させる。これを、出力部として、整流回路20、降圧回路などを通して、クオーツムーブメントに出力させるものである。整流回路20は、ブリッジ式であり、1相の交流波形に対して4個のダイオードを備え、本実施形態では2相の交流波形なので、8個のダイオードを備えている。 When the rotary member 4 fixed to the rotary shaft 8 is rotated by the rotary weight 10, the charged film (electret film) 3, the first electrode A, the second electrode NA, the first electrode B, and the second electrode of the counter electrode 2. The overlapping area with the NB increases and decreases, and the positive charges attracted to these increase and decrease, and the alternating current shown in FIG. 6 is generated between the charging film (electret film) 3 and the counter electrode 2. This is output to the quartz movement through the rectifier circuit 20 and the step-down circuit as an output unit. The rectifier circuit 20 is a bridge type and includes four diodes with respect to a one-phase AC waveform. Since this embodiment has a two-phase AC waveform, the rectifier circuit 20 includes eight diodes.
図7(a)〜(d)は、本発明の第1実施形態において、帯電膜3と、電極A、NA、B、NBのそれぞれとのオーバラップ部分の面積に働くクーロン力を説明する説明図である。なお、帯電膜3、電極A、NA、B、NBは全て四角形で模式的に描かれている。これは理解を容易にするために意図的に四角形にしているが、第1実施形態では扇形となる。図8は、図7の上段列と下段列に働く保持トルクと、回転部材全体に働く保持トルクを示す説明図である。図9は、本発明の第1実施形態の対向基板の表裏の電気配線パターンを示す一例である。図9(a)は、対向基板1の表側を表示しており、対向基板1の片面のみに第1電極A、Bと第2電極NA、NBが形成されている。図9(b)は、対向基板1の裏側を表示している。 FIGS. 7A to 7D illustrate the Coulomb force acting on the area of the overlapping portion of the charged film 3 and each of the electrodes A, NA, B, and NB in the first embodiment of the present invention. FIG. Note that the charging film 3 and the electrodes A, NA, B, and NB are all schematically depicted as squares. This is intentionally square for ease of understanding, but in the first embodiment, it has a fan shape. FIG. 8 is an explanatory diagram showing the holding torque acting on the upper row and the lower row of FIG. 7 and the holding torque acting on the entire rotating member. FIG. 9 is an example showing electrical wiring patterns on the front and back of the counter substrate according to the first embodiment of the present invention. FIG. 9A shows the front side of the counter substrate 1, and the first electrodes A and B and the second electrodes NA and NB are formed only on one side of the counter substrate 1. FIG. 9B shows the back side of the counter substrate 1.
本実施形態では、図5(b)に示すように、内周側の第1電極Bと第2電極NBは、外周側の第1電極Aと第2電極NAとは、4分の1サイクルだけ位相差を以って配列されている。対向基板1に、対向電極2の第1電極A、Bと第2電極NA、NBを配列した具体的実施例は、図9に示されている。この実施形態について簡単に説明する。対向電極を多相化すると、各電極を独立分離して配置しなければならず、分離のための面積ロスが発生してしまう。以下の実施例では、この面積ロスをできるだけ少なくするように工夫した実施形態である。 In the present embodiment, as shown in FIG. 5B, the first electrode B and the second electrode NB on the inner peripheral side are the quarter cycle of the first electrode A and the second electrode NA on the outer peripheral side. Are arranged only with a phase difference. A specific example in which the first electrodes A and B and the second electrodes NA and NB of the counter electrode 2 are arranged on the counter substrate 1 is shown in FIG. This embodiment will be briefly described. When the counter electrode is multiphased, each electrode must be arranged separately and an area loss for separation occurs. In the following examples, embodiments are devised so as to minimize this area loss.
図9(a)に示すように、符号101Aは全ての各第1電極Aを接続したあとの取出し端子である。符号102NAは全ての各第2電極NAを接続したあとの取出し端子である。符号103NBは全ての各第2電極NBを接続したあとの取出し端子である。符号104Bは全ての各第1電極Bを接続したあとの取出し端子である。 As shown in FIG. 9A, reference numeral 101A denotes an extraction terminal after all the first electrodes A are connected. Reference numeral 102NA denotes an extraction terminal after all the second electrodes NA are connected. Reference numeral 103NB denotes an extraction terminal after all the second electrodes NB are connected. Reference numeral 104B denotes an extraction terminal after all the first electrodes B are connected.
図9(a)、(b)に示す実施例において、各電極を連結接続するための配置は、次のようなものである。第1電極Aは、対向基板1の外周側に配置されており、第2電極NAと交互に設けられている。第1電極A同士は、電気配線パターンの最外周縁部110によって連結接続されている。一方、第1電極Bは、対向基板1の内周側に配置されており、第2電極NBと交互に設けられている。第2電極NB同士は、電気配線パターンの最内周縁部113によって連結接続されている。これに対して、対向基板の表側において、各第2電極NA同士と各第1電極B同士をそれぞれ連結接続する2つの同心円の接続パターンを設けることもできるが、2つの接続パターンを設けた分だけ、各電極の面積を狭くさせてしまう。各電極を等面積にして、最大限大きくするために、図9(b)に示すように、対向基板1の表側の第2電極NA、第1電極Bにスルーホールを介して、裏側に形成された円環状の接続パターン111、112に接続している。 In the embodiment shown in FIGS. 9A and 9B, the arrangement for connecting and connecting the electrodes is as follows. The first electrodes A are arranged on the outer peripheral side of the counter substrate 1 and are provided alternately with the second electrodes NA. The first electrodes A are connected and connected by the outermost peripheral edge portion 110 of the electric wiring pattern. On the other hand, the first electrodes B are arranged on the inner peripheral side of the counter substrate 1 and are provided alternately with the second electrodes NB. The second electrodes NB are connected and connected by the innermost peripheral edge 113 of the electric wiring pattern. On the other hand, on the front side of the counter substrate, it is possible to provide two concentric connection patterns that connect and connect the second electrodes NA and the first electrodes B, respectively. Only the area of each electrode is reduced. In order to make each electrode the same area and maximize it, as shown in FIG. 9B, the second electrode NA and the first electrode B on the front side of the counter substrate 1 are formed on the back side through through holes. Are connected to the annular connection patterns 111 and 112.
第1電極Aは、パターンの最外周縁部110から取出し端子101Aと接続している。第2電極NAは、それぞれに設けられたスルーホール108を介して、接続パターン111と接続しており、スルーホール102から取出し端子102NAと接続している。第1電極Bは、それぞれに設けられたスルーホール105を介して、接続パターン112と接続しており、第1電極Bの1つに設けられたスルーホール106から、スルーホール104を介して、取出し端子104Bと接続している。第2電極NBは、パターンの最内周縁部113で相互に連結接続し、第2電極NBの1つに設けられたスルーホール109から、スルーホール103を介して、取出し端子103NBと接続している。
このように、第1電極A、第2電極NA、第1電極B、第2電極NBをパターン配置すれば、各電極を等面積にして、各電極の面積を最大限大きくすることができる。
The first electrode A is connected to the extraction terminal 101A from the outermost peripheral edge portion 110 of the pattern. The second electrode NA is connected to the connection pattern 111 via the through hole 108 provided in each, and is connected to the extraction terminal 102NA from the through hole 102. The first electrode B is connected to the connection pattern 112 through the through hole 105 provided in each, and from the through hole 106 provided in one of the first electrodes B through the through hole 104, It is connected to the extraction terminal 104B. The second electrodes NB are connected and connected to each other at the innermost peripheral edge 113 of the pattern, and are connected to the extraction terminal 103NB from the through hole 109 provided in one of the second electrodes NB through the through hole 103. Yes.
As described above, if the first electrode A, the second electrode NA, the first electrode B, and the second electrode NB are arranged in a pattern, each electrode can have the same area, and the area of each electrode can be maximized.
以下、このような配列において、帯電膜3と、電極A、NA、B、NBのそれぞれとのオーバラップ部分の面積に働くクーロン力を説明する。外周側の第1電極A、第2電極NAの各面積と、内周側の第1電極B、第2電極NBの各面積とは、それぞれ、皆同じ面積にすると良い。 Hereinafter, the Coulomb force acting on the area of the overlapping portion of the charging film 3 and each of the electrodes A, NA, B, and NB in such an arrangement will be described. The areas of the first electrode A and the second electrode NA on the outer peripheral side and the areas of the first electrode B and the second electrode NB on the inner peripheral side are all preferably the same area.
帯電膜が並進運動するときは、図7そのままに四角形電極にすれば良い。図7(a)〜(d)において、図5(b)を上方から平面的に見て、移動方向(回転方向)に沿って直線状に1列に引伸ばした模式的な図面である。上段が内周側の第1電極Bと第2電極NBの内周電極列であり、下段が外周側の第1電極Aと第2電極NAの外周電極列である。 When the charged film moves in translation, a rectangular electrode may be used as it is in FIG. 7 (a) to 7 (d) are schematic drawings in which FIG. 5 (b) is viewed in plan from above and is linearly stretched in a line along the movement direction (rotation direction). The upper row is the inner circumferential electrode row of the first electrode B and the second electrode NB on the inner circumferential side, and the lower row is the outer circumferential electrode row of the first electrode A and the second electrode NA on the outer circumferential side.
図7(a)は、外周側の第1電極Aと帯電膜3とがぴったり重なった時である。すなわち、第1電極Aと帯電膜3のオーバラップ部分の面積が最大となっている。したがって、帯電膜3が図示のプラスの移動方向(回転)に移動しようとすると、移動を阻止するように回転部材4に保持トルクを作用させる。このとき、内周側の第1電極Bと第2電極NBは、回転部材4に保持トルクが作用しない。 FIG. 7A shows the case where the first electrode A on the outer peripheral side and the charging film 3 are exactly overlapped. That is, the area of the overlap portion between the first electrode A and the charging film 3 is maximized. Therefore, when the charging film 3 tries to move in the positive moving direction (rotation) shown in the figure, a holding torque is applied to the rotating member 4 so as to prevent the movement. At this time, the holding torque does not act on the rotating member 4 in the first electrode B and the second electrode NB on the inner peripheral side.
次に、帯電膜3のプラス方向の移動が行われて、図7(b)は、内周側の第1電極Bと帯電膜3とがぴったり重なった時である。すなわち、第1電極Bと帯電膜3のオーバラップ部分の面積が最大となっている。したがって、帯電膜3が図示のプラスの移動方向(回転)に移動しようとすると、移動を阻止するように回転部材4に保持トルクを作用させる。一方、外周側の第1電極Aと第2電極NAは、回転部材4に保持トルクが作用しない。対向電極に対する帯電膜3の位置は、その後、図7(c)、図7(d)と推移し、図7(a)〜(d)が繰り返される。 Next, the positive movement of the charging film 3 is performed, and FIG. 7B shows the time when the first electrode B on the inner peripheral side and the charging film 3 are exactly overlapped. That is, the area of the overlap portion between the first electrode B and the charging film 3 is maximized. Therefore, when the charging film 3 tries to move in the positive moving direction (rotation) shown in the figure, a holding torque is applied to the rotating member 4 so as to prevent the movement. On the other hand, the holding torque does not act on the rotating member 4 in the first electrode A and the second electrode NA on the outer peripheral side. Thereafter, the position of the charging film 3 with respect to the counter electrode transitions to FIGS. 7C and 7D, and FIGS. 7A to 7D are repeated.
外周側の第1電極Aと帯電膜3、および外側の第2電極NAと帯電膜3とは、オーバラップする面積がそれぞれ半分となり、発電量もそれぞれ半分になるが、2つの発電電力を合計すると、外周側の電極と帯電膜3との重なる面積が最大のときと等しい電力量が得られるので、総合発電量が低下することが無い。 The first electrode A and the charging film 3 on the outer peripheral side, and the second electrode NA and the charging film 3 on the outer side are each halved in the overlapping area, and the power generation amount is also halved, respectively. Then, since the same amount of electric power as when the area where the electrode on the outer peripheral side overlaps with the charging film 3 is the maximum is obtained, the total power generation amount does not decrease.
図8(a)、(b)、(c)には、図7の下段列の外周電極列の保持トルク、図7の上段列の内周電極列の保持トルク、両者を重ね合わせた全体の保持トルクがグラフで示されている。図8において縦軸は、電極と帯電膜が引き合うクーロン力により、回転部材がその位置に保持される保持力の強さを示しており、横軸は、図7(a)〜(d)に示した対向電極に対する帯電膜位置を示している。破線の波形が、図20(a)の従来構造における保持トルクのデータであり、実線が本実施形態による保持トルクのデータである。 8A, 8B, and 8C show the holding torque of the outer peripheral electrode row in the lower row in FIG. 7, the holding torque of the inner peripheral electrode row in the upper row in FIG. Holding torque is shown graphically. In FIG. 8, the vertical axis indicates the strength of the holding force that holds the rotating member in its position due to the Coulomb force that the electrode and the charging film attract, and the horizontal axis indicates FIGS. 7 (a) to 7 (d). The charged film position with respect to the counter electrode shown is shown. The broken line waveform is the holding torque data in the conventional structure of FIG. 20A, and the solid line is the holding torque data according to this embodiment.
先に述べた理由により、外周電極列あるいは内周電極列の保持トルクはその半分が相殺されるため、従来構造に比べてそれぞれ半分の保持トルクで済む。さらに、保持トルクの波形が外周電極列と内周電極列とで半周期ずれているため、これらの保持トルクを総合すると、保持トルクのピークがなくなり平滑化される。 For the reasons described above, half of the holding torque of the outer peripheral electrode array or inner peripheral electrode array cancels out, so that only half of the holding torque is required compared to the conventional structure. Furthermore, since the holding torque waveform is shifted by a half cycle between the outer electrode array and the inner electrode array, when these holding torques are combined, the peak of the holding torque is eliminated and smoothed.
本実施形態によれば、全体の保持トルクは、ピーク値がなくなって、一定値を保つことができるため、回転部材の低回転時における速度変動を抑えることができ、発電電流の変動を抑制できる。しかも、図20の従来技術に比べ、各電極と帯電膜とが完全にオーバラップする部分の面積は半分(クーロン力は半分)になり、保持トルクを半分に減らすことができるのである。従って、回転部材4の初動トルクも従来技術に比べて半分に減らすことができる。対向電極の第1電極と第2電極の配置を、図5(b)のようにすることによって、発生する電力を維持しつつ、クーロン力を低減することができる。しかも、クーロン力の影響を受けないエレクトレット発電を行うことができるのである。 According to the present embodiment, since the entire holding torque can be maintained at a constant value with no peak value, it is possible to suppress the speed fluctuation at the time of low rotation of the rotating member and to suppress the fluctuation of the generated current. . In addition, compared with the prior art of FIG. 20, the area of the portion where each electrode and the charging film completely overlap is halved (the Coulomb force is halved), and the holding torque can be reduced to half. Therefore, the initial torque of the rotating member 4 can also be reduced by half compared to the prior art. By arranging the first electrode and the second electrode of the counter electrode as shown in FIG. 5B, the coulomb force can be reduced while maintaining the generated power. Moreover, electret power generation that is not affected by the Coulomb force can be performed.
本実施形態は、上記で述べたように固定基板上で外周電極列と内周電極列との配置を、電極幅の半分ずらして(4分の1サイクルの位相差をもって)配列することで、保持トルクの半減と平滑化が図れるとともに、次に示す利点を有する。
(1)相殺しあうクーロン力を同一にできる。
従来技術の上下両面タイプでクーロン力をキャンセルしようとすると、上下の帯電膜列間で位相がずれるように厳密に位置調整しなくてはならない。基板の上下面に帯電膜列を構成する方法は二通りあり、1枚の基板に対して上面に帯電膜列を形成した後、基板を裏返してもう一方の面に帯電膜列を形成するか、2枚の基板の片面に帯電膜列を形成して裏面同士を張り合わせることで製造できる。上記いずれの製造方法であっても、上面側の帯電膜列の配置に対して、下面側の帯電膜列の配置を精密にずらして設置することは困難性を伴うため、作業工数の増大とコスト上昇につながる。さらに上下両面タイプでは、上部と下部の対向電極も相互に所定量だけずらして配置しなくてはならず、このような立体的な発電構造において配置位置の調整は困難性を伴う。一方、本実施形態によれば、基板上の平面的な配置距離で位相関係が決まり、調整を必要としない。これによって、生産性の向上と、クーロン力のキャンセル精度が大幅に向上する。
In the present embodiment, as described above, the arrangement of the outer peripheral electrode array and the inner peripheral electrode array on the fixed substrate is shifted by half the electrode width (with a quarter cycle phase difference), The holding torque can be halved and smoothed, and has the following advantages.
(1) Coulomb forces that cancel each other can be made the same.
In order to cancel the Coulomb force in the conventional upper and lower double-sided type, the position must be strictly adjusted so that the phase is shifted between the upper and lower charged film rows. There are two methods for configuring the charged film array on the upper and lower surfaces of the substrate. After forming the charged film array on the upper surface of one substrate, turn the substrate over and form the charged film array on the other surface. It can be manufactured by forming a charged film array on one surface of two substrates and bonding the back surfaces together. In any of the above manufacturing methods, it is difficult to precisely displace the arrangement of the charging film array on the lower surface side with respect to the arrangement of the charging film array on the upper surface side. This leads to an increase in cost. Further, in the upper and lower double-sided type, the upper and lower counter electrodes must be shifted from each other by a predetermined amount, and adjustment of the arrangement position is difficult in such a three-dimensional power generation structure. On the other hand, according to this embodiment, the phase relationship is determined by the planar arrangement distance on the substrate, and no adjustment is required. As a result, productivity is improved and the coulomb force cancellation accuracy is greatly improved.
次に、上下帯電膜の帯電量バラツキの問題が無い。
従来技術の上下両面タイプでは、上面帯電膜と下面帯電膜の帯電量が等しい場合にクーロン力を打ち消し合うことができる。しかし、上下両面タイプでは、1枚の基板の上下面に帯電膜を形成する方法、あるいは2枚の基板を張り合わせる方法のいずれの製造方法にしても、2回の帯電膜形成作業と帯電作業が必要となる。帯電膜形成工程では膜材の粘性により膜厚ムラができやすく、帯電膜の膜厚によって帯電する電荷量が増減する上に、帯電工程ではコロナ放電で電荷を注入するため帯電ムラが発生しやすく、1回の上記作業ごとに帯電膜の帯電量がバラ付くことになる。したがって、上下両面タイプで、上下帯電膜の帯電量を等しくするのは、かなり難しい課題であった。これに対して、本実施形態によれば、生産個体ごとに帯電膜厚と帯電電荷量のバラツキがあったとしても、単一基板上でみれば同一にすることができるので、クーロン力のキャンセルは可能である。このようにして、従来技術の上下両面タイプの課題を解消することができる。
Next, there is no problem of variation in the charge amount of the upper and lower charged films.
In the conventional upper and lower double-sided type, when the charge amounts of the upper surface charging film and the lower surface charging film are equal, the Coulomb force can be canceled out. However, in the case of the upper and lower double-sided type, the charging film forming operation and the charging operation are performed twice regardless of the method of forming the charging film on the upper and lower surfaces of one substrate or the method of bonding two substrates together. Is required. In the charged film formation process, film thickness unevenness easily occurs due to the viscosity of the film material, and the amount of charge to be charged increases or decreases depending on the film thickness of the charged film. In addition, in the charging process, charges are injected by corona discharge, and thus uneven charging easily occurs. The charge amount of the charged film varies for each operation described above. Therefore, it has been a very difficult task to make the charge amounts of the upper and lower charged films equal in both the upper and lower type. On the other hand, according to the present embodiment, even if there is a variation in the charged film thickness and the charged charge amount for each individual product, it can be made the same when viewed on a single substrate. Is possible. In this way, the problems of the conventional double-sided type can be solved.
(2)配線が片側基板だけで済む。
すなわち、従来技術の上下両面タイプでは、ハイジングの上下部に離れて配置された発電電極から同じ整流回路部に発電電流を入力して蓄電することになり、整流回路部は上部又は下部のいずれかに配置することになるため、上下発電電極からの配線のいずれか、あるいは双方の配線長が長くならざるを得ない。したがって、配線抵抗が大きくなり、蓄電電力が低減してしまう。本実施形態であれば、片側の基板に配線が集中するため、その近傍に整流回路部を置き、短い配線で送電できる。
(2) Only one side of the wiring is required.
That is, in the upper and lower double-sided type of the prior art, the power generation current is input to the same rectifier circuit part from the power generation electrodes arranged at the upper and lower parts of the hiding and stored, and the rectifier circuit part is either the upper part or the lower part. Therefore, one or both of the wirings from the upper and lower power generation electrodes must be lengthened. Therefore, the wiring resistance is increased and the stored power is reduced. In the present embodiment, the wiring concentrates on the substrate on one side, so that the rectifier circuit portion is placed in the vicinity thereof, and power can be transmitted with short wiring.
(3)コスト面で優位である。
従来技術の上下両面タイプでは、基板の上下面に帯電膜と対向電極が必要なため、帯電膜と対向電極の形成作業が2回必要とする。本実施形態によれば、それぞれ1回で済む。また、回転部材の両面に対して帯電膜を形成する場合には、回転部材を表裏で固定するための治具とその作業が必要である。本実施形態ではこのようなコストを削減することができる。
(4)薄型に構成できる。
従来技術の上下両面タイプでは、移動する基板の上下面に帯電膜を設けるとともに、ハウジングの上部と下部にも電極を設ける必要があるため、発電器の厚みがでてしまい腕時計には不向きである。本実施形態によれば、基板上面の電極と回転部材の帯電膜のみでよいため、発電器を薄型に構成できる。
(3) Superior in cost.
Since the upper and lower surfaces of the conventional technique require a charging film and a counter electrode on the upper and lower surfaces of the substrate, the work of forming the charging film and the counter electrode is required twice. According to this embodiment, only one time is required. Moreover, when forming a charging film on both surfaces of a rotating member, the jig | tool for fixing a rotating member on the front and back and its operation | work are required. In the present embodiment, such costs can be reduced.
(4) It can be configured to be thin.
The upper and lower surfaces of the prior art are not suitable for wristwatches because the thickness of the generator is increased because it is necessary to provide charging films on the upper and lower surfaces of the moving substrate and electrodes on the top and bottom of the housing. . According to this embodiment, since only the electrode on the upper surface of the substrate and the charged film of the rotating member are required, the power generator can be configured thin.
(第2実施形態)
図10は、本発明の第2実施形態の対向電極と帯電膜の概要を示す図である。図11は、本発明の第2実施形態の整流回路を示す説明図である。図12は、本発明の第2実施形態の整流回路からの出力を示すグラフである。
(Second Embodiment)
FIG. 10 is a diagram showing an outline of the counter electrode and the charged film according to the second embodiment of the present invention. FIG. 11 is an explanatory diagram showing a rectifier circuit according to a second embodiment of the present invention. FIG. 12 is a graph showing the output from the rectifier circuit according to the second embodiment of the present invention.
第2実施形態は、帯電膜3と対向電極2間で引き起こされる静電誘導発電電流が、3相交流となるように、第1、第2電極を配列した実施形態である。第2実施形態も第1実施形態と同じ図2の構造を有している。第1実施例と相違する点は、対向基板1に設けられた第1、2電極の配列が、外周から内周に向けて、同心円状(円環状)に、外周電極列、中間電極列、内周電極列の3列配置されている点である。第2実施形態は、回転部材4を適用した実施形態であるが、第2実施形態の回転部材4の代わりに、並進運動を行う移動部材としても同じような効果が得られる。なお、その他の実施形態においても同様である。 The second embodiment is an embodiment in which the first and second electrodes are arranged so that the electrostatic induction power generation current caused between the charging film 3 and the counter electrode 2 becomes a three-phase alternating current. The second embodiment also has the same structure of FIG. 2 as the first embodiment. The difference from the first embodiment is that the arrangement of the first and second electrodes provided on the counter substrate 1 is concentrically (annular) from the outer periphery to the inner periphery, the outer electrode array, the intermediate electrode array, This is a point in which three inner electrode rows are arranged. The second embodiment is an embodiment to which the rotating member 4 is applied, but the same effect can be obtained as a moving member that performs translational movement instead of the rotating member 4 of the second embodiment. The same applies to other embodiments.
図10(b)に示すように、外周電極列において、第1電極Aと第2電極NAは、回転方向に沿って交互に、一定角度間隔で一列に配置されている。中間電極列において、第1電極Bと第2電極NBは、回転方向に沿って交互に、一定角度間隔で一列に配置されている。内周電極列において、第1電極Cと第2電極NCは、回転方向に沿って交互に、一定角度間隔で一列に配置されている。図10(a)、(b)の実施形態では、各列の第1、2電極は、それぞれ円周方向に4個ずつ設置され、帯電膜3は4個設置されているが、これに限定されるものではなく、偶数個設置されていればよい。 As shown in FIG. 10B, in the outer peripheral electrode row, the first electrode A and the second electrode NA are alternately arranged in a row at a constant angular interval along the rotation direction. In the intermediate electrode row, the first electrode B and the second electrode NB are alternately arranged in a row at a constant angular interval along the rotation direction. In the inner peripheral electrode row, the first electrode C and the second electrode NC are alternately arranged in a row at regular angular intervals along the rotation direction. In the embodiment shown in FIGS. 10A and 10B, four first and second electrodes in each row are provided in the circumferential direction, and four charging films 3 are provided. However, the present invention is not limited to this. It is not necessary to have an even number installed.
図10(a)、(b)の実施形態の場合の1サイクルは90°である。第1実施形態とは異なり、仮に回転部材4が反時計方向に回転するとすれば、第1電極Aと第2電極NAの外周電極列に対して、内周電極列は、30°先に進んだ位置で第1電極Cと第2電極NCの交互の繰り返しがなされ、中間電極列は、内周電極列より、30°先に進んだ位置で第1電極Bと第2電極NBの交互の繰り返しがなされる。各列の位相差は、上述の例示に限定されるものではなく、各列によって3相交流が発生できるように適宜設定すればよい。全ての第1電極と第2電極は等面積にしているが、これに限定されるものではない。要は、クーロン力による回転部材4の保持トルクが従来技術より低減されるような、各電極の配置、各電極の面積であれば良い。 One cycle in the embodiment of FIGS. 10A and 10B is 90 °. Unlike the first embodiment, if the rotating member 4 rotates counterclockwise, the inner electrode array advances 30 ° ahead of the outer electrode array of the first electrode A and the second electrode NA. The first electrode C and the second electrode NC are alternately repeated at the first position, and the intermediate electrode row is formed by alternating the first electrode B and the second electrode NB at a position advanced 30 ° ahead of the inner circumferential electrode row. It is repeated. The phase difference of each column is not limited to the above example, and may be set as appropriate so that a three-phase alternating current can be generated by each column. All the first electrodes and the second electrodes have the same area, but are not limited thereto. In short, the arrangement of the electrodes and the area of the electrodes may be such that the holding torque of the rotating member 4 by the Coulomb force is reduced as compared with the prior art.
回転部材4の下面の帯電膜3は、図10(a)に示すように、それぞれ、放射状に形成され、放射状の各一片3との間にはブランク部(透し穴、貫穴)が形成されている。このブランク部が対向電極と正対しても、対向電極に電荷は生じないため、発電電流は生じない。なお、回転部材4の帯電膜3の回転は時計方向でも良いが、以下の図13〜15の説明のためには、反時計方向の回転で説明する。本実施形態においても、各列において第1、2電極に交流が発生する仕組みは、第1実施形態と同じである。本実施形態では、図12に示すような3相交流が発生する。その結果、Y結線の整流回路20によって、図12の実線で示したような出力波形の直流電圧が生成される。3相交流の場合は、NAとNBとNCを導通させて図11のNに示す仮想的な接地点を設けることができるため、接地のための出力線が不要になり、配線数を削減できる。従って、第1実施形態と比べて、整流器20における使用するダイオードを削減させ、回路構成を簡略にすることができる。発生した3相交流に対しては、Y結線の代わりにデルタ結線をしても良い。 As shown in FIG. 10A, the charging film 3 on the lower surface of the rotating member 4 is formed radially, and blank portions (through holes, through holes) are formed between each of the radial pieces 3. Has been. Even if the blank portion faces the counter electrode, no electric charge is generated in the counter electrode, so that no generated current is generated. The rotation of the charging film 3 of the rotating member 4 may be clockwise, but for the description of FIGS. 13 to 15 below, the rotation is counterclockwise. Also in this embodiment, the mechanism in which alternating current is generated in the first and second electrodes in each row is the same as in the first embodiment. In this embodiment, a three-phase alternating current as shown in FIG. 12 is generated. As a result, a DC voltage having an output waveform as shown by a solid line in FIG. 12 is generated by the Y-connected rectifier circuit 20. In the case of three-phase alternating current, NA, NB, and NC can be made conductive to provide a virtual ground point indicated by N in FIG. 11, so that no output line is required for grounding, and the number of wirings can be reduced. . Therefore, compared with 1st Embodiment, the diode used in the rectifier 20 can be reduced and a circuit structure can be simplified. For the generated three-phase alternating current, a delta connection may be used instead of the Y connection.
図13(a)、(b)、図14(c)、(d)、図15(e)、(f)は、本発明の第2実施形態において、帯電膜3と、電極A、NA、B、NB、C、NCのそれぞれとのオーバラップ部分の面積に働くクーロン力を説明する説明図である。図16(a)、(b)、(c)、(d)は、図10(b)の外周列、中間列、内周列に働く保持トルクと、回転部材全体に働く保持トルクを示す説明図である。図16において縦軸は、電極と帯電膜が引き合うクーロン力により、回転部材がその位置に保持される保持力の強さを示しており、横軸は、図13〜15に示した対向電極に対する帯電膜位置を示している。破線の波形が、図20(a)の従来構造における保持トルクのデータであり、実線が本実施形態による保持トルクのデータである図13〜15における上段、中段、下段はそれぞれ図10(b)の内周列、中間列、外周列に相当する。図13〜15において、帯電膜3のプラス側の移動は、図10(a)、(b)における回転部材4の帯電膜3の反時計方向の回転を表している。 FIGS. 13A, 13B, 14C, 15D, 15E, and 15F show the charging film 3, the electrodes A, NA, and f in the second embodiment of the present invention. It is explanatory drawing explaining the Coulomb force which acts on the area of the overlap part with each of B, NB, C, and NC. FIGS. 16A, 16B, 16C, and 16D illustrate the holding torque that works on the outer circumferential row, the middle row, and the inner circumferential row of FIG. 10B, and the holding torque that works on the entire rotating member. FIG. In FIG. 16, the vertical axis indicates the strength of the holding force that holds the rotating member in its position due to the Coulomb force that attracts the electrode and the charged film, and the horizontal axis indicates the counter electrode shown in FIGS. The position of the charged film is shown. The broken line waveform is the holding torque data in the conventional structure of FIG. 20A, and the solid line is the holding torque data according to the present embodiment, and the upper, middle, and lower stages in FIGS. Corresponds to the inner circumferential row, intermediate row, and outer circumferential row. 13 to 15, the plus side movement of the charging film 3 represents the counterclockwise rotation of the charging film 3 of the rotating member 4 in FIGS. 10 (a) and 10 (b).
図13(a)は、下段の第1電極Aと帯電膜3とがぴったり重なった時である。すなわち、第1電極Aと帯電膜3のオーバラップ部分の面積が最大となっている。したがって、帯電膜3が図示のプラスの移動方向(反時計方向の回転)に移動しようとすると、移動を阻止するように回転部材4に保持トルクを作用させる。このとき、中段の第1電極Bと第2電極NBの合計保持トルクと、上段の第2電極NCと第1電極Cの合計保持トルクとが若干作用している。対向基板の電極は3列に分割しているので、それぞれ本来働く保持トルクの3分の1で済んでいる。回転部材4の初動トルクも従来技術に比べて減らすことができる。 FIG. 13A shows the case where the lower first electrode A and the charging film 3 are exactly overlapped. That is, the area of the overlap portion between the first electrode A and the charging film 3 is maximized. Therefore, when the charging film 3 tries to move in the plus movement direction (counterclockwise rotation), a holding torque is applied to the rotation member 4 so as to prevent the movement. At this time, the total holding torque of the middle first electrode B and the second electrode NB and the total holding torque of the upper second electrode NC and the first electrode C are slightly acting. Since the electrodes of the counter substrate are divided into three rows, one-third of the original holding torque is required. The initial torque of the rotating member 4 can also be reduced compared to the prior art.
次に、帯電膜3のプラス方向の移動が行われて、図13(b)は、中段の第2電極NBと帯電膜3とがぴったり重なった時である。すなわち、第2電極NBと帯電膜3のオーバラップ部分の面積が最大となっている。したがって、帯電膜3が図示のプラスの移動方向(回転)に移動しようとすると、移動を阻止するように回転部材4に保持トルクを作用させる。このとき、下段の第1電極Aと第2電極NAの合計保持トルクと、上段の第2電極NCと第1電極Cの合計保持トルクとが若干作用している。この場合でも対向基板の電極は3列に分割しているので、それぞれ本来働く保持トルクの3分の1で済んでいる。図14(c)、(d)、図15(e)、(f)においても同様の現象が生じて、図16(a)〜(d)に示したように、各段に働く保持トルクを重ね合わせると、回転部材全体に働く保持トルクは、本来働く保持トルクの約半分程度で済むことがわかる。 Next, the positive movement of the charging film 3 is performed, and FIG. 13B shows the case where the second electrode NB in the middle stage and the charging film 3 are exactly overlapped. That is, the area of the overlap portion between the second electrode NB and the charging film 3 is maximized. Therefore, when the charging film 3 tries to move in the positive moving direction (rotation) shown in the figure, a holding torque is applied to the rotating member 4 so as to prevent the movement. At this time, the total holding torque of the lower first electrode A and the second electrode NA and the total holding torque of the upper second electrode NC and the first electrode C are slightly acting. Even in this case, the electrodes of the counter substrate are divided into three rows, so that only one third of the original holding torque is required. 14 (c), (d), FIG. 15 (e), and (f), the same phenomenon occurs, and as shown in FIGS. 16 (a) to 16 (d), the holding torque acting on each stage is changed. When superposed, the holding torque acting on the entire rotating member can be found to be about half of the original holding torque.
本実施形態によれば、全体の保持トルクは、ピーク値がなくなって、一定値を保つことができる。しかも、この一定値は、図20の従来技術に比べ、保持トルクを約半分程度に減らすことができるのである。対向電極の第1電極と第2電極の配置を、図10(b)のようにすることによって、発生する電力を維持しつつ、クーロン力を低減することができる。しかも、クーロン力の影響を受けないエレクトレット発電を行うことができるのである。その他の作用効果は第1実施形態と同じである。 According to the present embodiment, the entire holding torque can be maintained at a constant value with no peak value. Moreover, this constant value can reduce the holding torque by about half compared to the prior art of FIG. By arranging the first electrode and the second electrode of the counter electrode as shown in FIG. 10B, the coulomb force can be reduced while maintaining the generated power. Moreover, electret power generation that is not affected by the Coulomb force can be performed. Other functions and effects are the same as those of the first embodiment.
(第3実施形態)
図17は、本発明の第3実施形態の対向電極と帯電膜の概要を示す図である。
(Third embodiment)
FIG. 17 is a diagram showing an outline of the counter electrode and the charged film according to the third embodiment of the present invention.
第3実施形態は、回転部材4の下面の帯電膜3は、図17(a)に示すように、外周側と内周側で位相差を4分の1サイクル分だけ設定し、対向基板1の外周側の第1電極Aと第2電極NAの外周電極列と、内周側の第1電極Bと第2電極NBの外周電極列には、図17(b)に示すように、位相差を設定しない場合の実施形態である。その他の構成は、第1実施形態と同じである。図17(a)のように、対向基板1の外周側の第1電極Aと第2電極NAの外周電極列と、内周側の第1電極Bと第2電極NBの外周電極列に対応して、外周側の帯電膜3’と内周側の帯電膜3’’とが4分の1分だけ位相がずれている。外周側の帯電膜3’と内周側の帯電膜3’’は、等面積である。これらは連結していてよい。 In the third embodiment, as shown in FIG. 17A, the charging film 3 on the lower surface of the rotating member 4 sets the phase difference by a quarter cycle between the outer peripheral side and the inner peripheral side. As shown in FIG. 17B, the outer peripheral electrode rows of the first electrode A and the second electrode NA on the outer peripheral side and the outer electrode rows of the first electrode B and the second electrode NB on the inner peripheral side are positioned as shown in FIG. This is an embodiment when no phase difference is set. Other configurations are the same as those of the first embodiment. As shown in FIG. 17A, it corresponds to the outer electrode array of the first electrode A and the second electrode NA on the outer peripheral side of the counter substrate 1, and the outer electrode array of the first electrode B and the second electrode NB on the inner peripheral side. Thus, the outer charged film 3 ′ and the inner charged film 3 ″ are out of phase by a quarter. The outer peripheral charging film 3 ′ and the inner peripheral charging film 3 ″ have the same area. These may be linked.
ずれた外周側の帯電膜3’と内周側の帯電膜3’’の帯電膜3と隣の帯電膜3との間には、ブランク部が形成されている。他の実施形態と同様に、回転移動する帯電膜3からは整流器への入力は無い。 A blank portion is formed between the charged film 3 ′ on the outer peripheral side and the charged film 3 on the inner charged film 3 ″ and the adjacent charged film 3. As in the other embodiments, there is no input to the rectifier from the rotating and charging film 3.
内周側の第1電極Bと第2電極NBの内周電極列において、複数の第1電極Bを連結した配線をB配線といい、複数の第2電極NBを連結した配線をNB配線という。第1電極Aと第2電極NAと同様に、内周側の第1電極Bと第2電極NBは、回転方向に沿って交互に、一定角度間隔で一列に配置されている。内周側の第1電極Bと第2電極NBは、外周側の第1電極Aと第2電極NAとは、位相差ゼロで配列されている。しかしながら、外周側の帯電膜3’と内周側の帯電膜3’’が4分の1の位相差をもっているので、回転部材4の回転に伴い、内周側の第1電極Bと第2電極NBは、外周側の第1電極Aと第2電極NAと同様に、4分の1サイクルだけ位相差の遅れを以って、交流電流が流れる。同様にして、帯電膜の位相ずれを外周列、中間列、内周列に設置して、対向電極側の3列の位相差をゼロにすれば、3相交流を出力することができる。 In the inner peripheral electrode array of the first electrode B and the second electrode NB on the inner peripheral side, a wiring connecting a plurality of first electrodes B is called a B wiring, and a wiring connecting a plurality of second electrodes NB is called an NB wiring. . Similar to the first electrode A and the second electrode NA, the first electrode B and the second electrode NB on the inner peripheral side are alternately arranged in a line at a predetermined angular interval along the rotation direction. The first electrode B and the second electrode NB on the inner peripheral side are arranged with a phase difference of zero between the first electrode A and the second electrode NA on the outer peripheral side. However, since the charging film 3 ′ on the outer peripheral side and the charging film 3 ″ on the inner peripheral side have a phase difference of ¼, the first electrode B on the inner peripheral side and the second electrode 2 on the inner peripheral side with the rotation of the rotating member 4. As with the first electrode A and the second electrode NA on the outer peripheral side, an alternating current flows through the electrode NB with a phase difference delay by a quarter cycle. Similarly, if the phase shift of the charged film is installed in the outer circumferential row, the middle row, and the inner circumferential row, and the phase difference of the three rows on the counter electrode side is made zero, a three-phase alternating current can be output.
外周側の第1電極Aと第2電極NAの外周電極列に発生した交流は、配線A、NAを経て整流回路20に入力され、内周側の第1電極Bと第2電極NBの内周電極列に発生した交流も、配線B、NBを経て整流回路20に入力されて、整流されて、図7に示す直流電流と同様に取り出される。上述された発電装置から出力された2相の交流波形は、整流回路20により直流に変換され、降圧回路30を経て2次電池22に充電されることになる。本実施形態においても、回転軸8からは電流を取り出す必要はなく、固定された対向基板から電流を取り出せばよいので、回路構成が極めて簡易なものにすることができる。 The alternating current generated in the outer peripheral electrode array of the first electrode A and the second electrode NA on the outer peripheral side is input to the rectifier circuit 20 via the wirings A and NA, and the inner side of the first electrode B and the second electrode NB on the inner peripheral side The alternating current generated in the circumferential electrode array is also input to the rectifier circuit 20 via the wirings B and NB, rectified, and taken out in the same manner as the direct current shown in FIG. The two-phase AC waveform output from the above-described power generator is converted to DC by the rectifier circuit 20 and charged to the secondary battery 22 via the step-down circuit 30. Also in the present embodiment, it is not necessary to take out current from the rotating shaft 8, and it is only necessary to take out current from the fixed counter substrate, so that the circuit configuration can be made extremely simple.
第3実施形態の作用効果は、第1実施形態と同様である。回転部材4に複雑なブランク部を打抜く必要があるが、必ずしもブランク部を形成する必要はなく、平板の基板に、ずれた外周側の帯電膜3’と内周側の帯電膜3’’を90°毎に設置しても良い。 The effect of 3rd Embodiment is the same as that of 1st Embodiment. Although it is necessary to punch out a complicated blank portion on the rotating member 4, it is not always necessary to form a blank portion, and the outer peripheral charging film 3 ′ and the inner peripheral charging film 3 ″ are shifted to a flat substrate. May be installed every 90 °.
以上述べた実施形態の他に、その他の実施形態にも、本発明の特徴が適用可能である。第1〜3に実施形態は、回転部材4に帯電膜を形成した形態で説明したが、回転部材4の代わりに並進往復運動する移動部材に、帯電膜を所定間隔で設置してもよい(特許文献3を引用補充する)。それに対向する固定された対向基板1に、図7(a)や図13(a)にみられるような四角形の第1、2電極を同様に設置すれば、これらの実施形態と同様な作用効果が得られる。 In addition to the embodiments described above, the features of the present invention can be applied to other embodiments. In the first to third embodiments, the charging film is formed on the rotating member 4. However, the charging film may be installed at predetermined intervals on a moving member that reciprocally translates instead of the rotating member 4. Patent Document 3 is cited and supplemented). If the rectangular first and second electrodes as shown in FIG. 7 (a) and FIG. 13 (a) are similarly installed on the fixed counter substrate 1 facing the same, the same effect as those of these embodiments. Is obtained.
第1〜3に実施形態は、図2に示すように、回転軸8の回転部材4の上側において歯車14が回転軸8に固定されている。また、軸9に固定された回転錘10から回転軸8への歯車伝動機構(歯車列)として、軸9に固定された歯車15と、回転軸8に固定された歯車14とが設けられている。歯車列としては2個以上あっても良い。一方、回転錘10は直接回転軸8に設けることも可能である。さらには、回転部材4に錘を設けて、回転錘の代わりにしても良い。これらの場合には歯車伝動機構15、14が不要である。 In the first to third embodiments, as shown in FIG. 2, the gear 14 is fixed to the rotating shaft 8 on the upper side of the rotating member 4 of the rotating shaft 8. Further, as a gear transmission mechanism (gear train) from the rotary weight 10 fixed to the shaft 9 to the rotary shaft 8, a gear 15 fixed to the shaft 9 and a gear 14 fixed to the rotary shaft 8 are provided. Yes. There may be two or more gear trains. On the other hand, the rotary weight 10 can also be provided directly on the rotary shaft 8. Further, a weight may be provided on the rotating member 4 to replace the rotating weight. In these cases, the gear transmission mechanisms 15 and 14 are unnecessary.
さらに、特許文献1、2のように、回転部材4に錘を設けて、軸8とハウジング33の間にヒゲゼンマイ(時計用語、渦巻きバネ)を設け(この点は特許文献1、2を引用補充する)、ヒゲゼンマイの一端はヒゲ持ち(時計用語、支持棒)でハウジングに固定され、ヒゲゼンマイの他端が、回転軸8にヒゲ玉(時計用語、環状リング)によって圧入や加締めで固定されるような実施形態に、第1〜3実施形態の対向電極と帯電膜の特徴を適用しても良い。この形態は、歯車14と回転軸8との間にベアリングを設けるとともに、ヒゲゼンマイの一端はヒゲ持ちで歯車14に固定され、ヒゲゼンマイの他端が、回転軸8にヒゲ玉によって圧入や加締めで固定するようにしても良い。さらには、第1〜3実施形態における、回転部材4の下方側に設置した対向電極と帯電膜の特徴を、下方側だけでなく同時に、回転部材4の上方側にも設けても、実施可能である。 Further, as in Patent Documents 1 and 2, a weight is provided on the rotating member 4 and a balance spring (clock terminology, spiral spring) is provided between the shaft 8 and the housing 33 (refer to Patent Documents 1 and 2 for this point). 1), one end of the balance spring is fixed to the housing with a mustache (clock term, support rod), and the other end of the balance spring is press-fitted or crimped to the rotating shaft 8 with a bead (clock term, ring). The features of the counter electrode and the charged film of the first to third embodiments may be applied to the embodiment that is fixed. In this embodiment, a bearing is provided between the gear 14 and the rotary shaft 8, and one end of the balance spring is fixed to the gear 14 with a mustache, and the other end of the balance spring is press-fitted or applied to the rotary shaft 8 with a mustache ball. It may be fixed by tightening. Furthermore, it is possible to implement the features of the counter electrode and the charging film installed on the lower side of the rotating member 4 in the first to third embodiments not only on the lower side but also on the upper side of the rotating member 4 at the same time. It is.
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的構成はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。 It should be noted that the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes those in which various modifications are made to the above-described embodiments without departing from the spirit of the present invention. That is, the specific configuration described in the embodiment is merely an example, and can be changed as appropriate.
1 対向基板
2 対向電極
3、3’、3’’ 帯電膜
4 回転部材
8 軸
10 回転錘
14、15 歯車
20 整流回路
21 歯車駆動部
22 2次電池
24 風防
25 文字板
30 降圧回路
33、34 ハウジング
A、B、C 第1電極
NA、NB、NC 第2電極
200 クオーツムーブメント
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Counter substrate 2 Counter electrode 3, 3 ', 3''Charged film 4 Rotating member 8 Axis 10 Rotating weight 14, 15 Gear 20 Rectifier circuit 21 Gear drive part 22 Secondary battery 24 Windshield 25 Dial 30 Step-down circuit 33, 34 Housing A, B, C First electrode NA, NB, NC Second electrode 200 Quartz movement
Claims (10)
前記ハウジングに固定された第1基板と、
前記第1基板に対して相対移動可能に平行に配置された第2基板と、
帯電膜と、
対向電極と、
前記帯電膜及び対向電極間で発生した交流を出力する出力部と、
を有し、
前記対向電極を第1基板の第1対向面に設置し、
前記対向電極に対向するように前記帯電膜を一定間隔おきに前記第2基板の第2対向面に設置し、
前記対向電極は、
前記第1対向面に分離して設けられた複数の第1電極と第2電極から構成され、
前記第1電極と前記第2電極は、
前記第2基板の移動方向に沿って交互に、前記一定間隔で一列に配置され、
前記第1電極同士と前記第2電極同士が接続されるとともに、
前記第1電極と前記第2電極はそれぞれ前記出力部に接続されており、
前記第1対向面において、
前記一列の前記第1電極と前記第2電極が、複数列設置され、
前記複数列ごとの前記一定間隔の位相はそれぞれ異なるようにした静電誘導型発電器。 A housing;
A first substrate fixed to the housing;
A second substrate disposed in parallel to be movable relative to the first substrate;
A charged membrane;
A counter electrode;
An output unit for outputting an alternating current generated between the charging film and the counter electrode;
Have
Placing the counter electrode on a first counter surface of a first substrate;
Installing the charging film on the second opposing surface of the second substrate at regular intervals so as to face the counter electrode;
The counter electrode is
It is composed of a plurality of first electrodes and second electrodes provided separately on the first facing surface,
The first electrode and the second electrode are:
Alternately arranged along the moving direction of the second substrate in a row at the fixed interval,
While the first electrodes and the second electrodes are connected,
The first electrode and the second electrode are each connected to the output unit,
In the first facing surface,
A plurality of rows of the first electrode and the second electrode in the row;
Wherein the plurality electrostatic induction power generator wherein predetermined intervals of phase that is different respectively for each column.
前記軸を前記ハウジングに設けた上部軸受部と下部軸受部で、
回転自在に軸支したことを特徴とする請求項1に記載の静電誘導型発電器。 An axis is provided on the second substrate,
An upper bearing portion and a lower bearing portion provided with the shaft in the housing,
The electrostatic induction generator according to claim 1, wherein the electrostatic induction generator is rotatably supported.
前記ハウジングに固定された第1基板と、
前記第1基板に対して相対移動可能に平行に配置された第2基板と、
帯電膜と、
対向電極と、
前記帯電膜及び対向電極間で発生した交流を出力する出力部と、
を有し、
前記対向電極を第1基板の第1対向面に設置し、
前記対向電極に対向するように前記帯電膜を一定間隔おきに前記第2基板の第2対向面に設置し、
前記対向電極は、
前記第1対向面に分離して設けられた複数の第1電極と第2電極から構成され、
前記第1電極と前記第2電極は、
前記第2基板の移動方向に沿って交互に、前記一定間隔で一列に配置され、
前記第1電極同士と前記第2電極同士が接続されるとともに、
前記第1電極と前記第2電極はそれぞれ前記出力部に接続されており、
前記第1対向面において、
前記一列の前記第1電極と前記第2電極が、複数列設置され、
前記複数列の前記一定間隔の位相はいずれも同じであり、
前記第2対向面において、
前記第1電極と前記第2電極の前記複数列ごとに、
前記帯電膜が一定間隔おきに設置された帯電膜の一列を対向させ、
それぞれの帯電膜の一列の前記一定間隔の位相はそれぞれ異なるようにした静電誘導型発電器。 A housing;
A first substrate fixed to the housing;
A second substrate disposed in parallel to be movable relative to the first substrate;
A charged membrane;
A counter electrode;
An output unit for outputting an alternating current generated between the charging film and the counter electrode;
Have
Placing the counter electrode on a first counter surface of a first substrate;
Installing the charging film on the second opposing surface of the second substrate at regular intervals so as to face the counter electrode;
The counter electrode is
It is composed of a plurality of first electrodes and second electrodes provided separately on the first facing surface,
The first electrode and the second electrode are:
Alternately arranged along the moving direction of the second substrate in a row at the fixed interval,
While the first electrodes and the second electrodes are connected,
The first electrode and the second electrode are each connected to the output unit,
In the first facing surface,
A plurality of rows of the first electrode and the second electrode in the row;
The phases of the constant intervals of the plurality of rows are all the same,
In the second facing surface,
For each of the plurality of rows of the first electrode and the second electrode,
The charging film is opposed to a row of charging films installed at regular intervals,
An electrostatic induction generator in which the phase of the fixed interval of one row of each charging film is different.
前記軸を前記ハウジングに設けた上部軸受部と下部軸受部で、
回転自在に軸支したことを特徴とする請求項3に記載の静電誘導型発電器。 An axis is provided on the second substrate,
An upper bearing portion and a lower bearing portion provided with the shaft in the housing,
The electrostatic induction generator according to claim 3, wherein the electrostatic induction generator is rotatably supported.
重量バランスの偏りを有する回転錘が直接設置されているか、
又は、回転錘の回転が歯車列を介して前記軸に回転伝動されるように構成されていることを特徴とする請求項2又は4に記載の静電誘導型発電器。 The shaft or the second substrate is
Is a rotating weight with a biased weight balance installed directly?
The electrostatic induction generator according to claim 2 or 4, wherein rotation of the rotary weight is rotationally transmitted to the shaft via a gear train.
を特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の静電誘導型発電器。 The electrostatic induction generator according to claim 1, wherein all areas of the first electrode and the second electrode in the plurality of rows are equal.
前記一列の前記第1電極と前記第2電極が2又は3列設置され、
2又は3相交流を出力部に出力すること
を特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の静電誘導型発電器。 In the first facing surface,
The first electrode and the second electrode in the one row are installed in two or three rows,
The electrostatic induction generator according to any one of claims 1 to 6, wherein two- or three-phase alternating current is output to an output unit.
前記第1基板の前記第1対向面に、
最外周に設置した前記一列の前記第1電極と前記第2電極のいずれか一方を、
前記第1基板の最外周縁のパターンにより連結接続し、
最内周に設置した前記一列の前記第1電極と前記第2電極のいずれか一方を、
前記第1基板の最内周縁のパターンにより連結接続し、
その他の電極は、
スルーホールを介して、前記第1基板の前記第1対向面の裏側で、連結接続したこと
を特徴とする基板。 The first substrate used in the electrostatic induction generator according to claim 2 or 4,
On the first facing surface of the first substrate,
Either one of the first electrode and the second electrode in the row arranged on the outermost periphery,
Connected by the pattern of the outermost periphery of the first substrate,
Either one of the first electrode and the second electrode in the row arranged on the innermost periphery,
Connected by a pattern of the innermost peripheral edge of the first substrate,
Other electrodes are
A substrate characterized in that it is connected and connected on the back side of the first facing surface of the first substrate through a through hole.
前記第2電極のすべての面積が等しいこと
を特徴とする請求項8に記載の基板。 9. The substrate according to claim 8, wherein all areas of the first electrode and the second electrode in the plurality of rows are equal.
第2基板が並進運動を行うことを特徴とする請求項1又は3に記載の静電誘導型発電器。 For the first substrate,
The electrostatic induction generator according to claim 1 or 3, wherein the second substrate performs translational motion.
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