JP6609015B2 - 静電誘導発電機およびこれを用いた充電回路 - Google Patents
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、ほぼ一定電圧とみなせる電圧負荷へ充電を行う場合の効率について考える。
トルクを下げることができ、外部から回転トルクが印加されたときに、回転子が回転し始め易くなるといった力学的な効果も有する。
図1に示したように、回転子80はC字扇状の複数の帯電部を備えた円形の回転体である。ここで、「C字扇状」とは、扇形の中心角に近い側から、その扇形より小さい扇形を取り除いた図形をいう。回転子80は以下のようにして形成する。
回転子80を形成する。この帯電薄膜82が帯電部に相当する。帯電薄膜82の形状は基材81の形状にならって、C字扇状となるように形成する。
図2に示したように、固定子90はC字扇状の複数の小電極による導電部を備えた円形の電極基板である。固定子90は以下のようにして形成する。
通電極96に対応する。
機の出力相の数である3で除した位相角である。
次に図3を用いて、本発明の静電誘導発電機の構造について説明する。
としては、機械式時計に用いられるてんぷの保持機構など、周知の機械構造が利用できる。同様に軸穴34、軸穴35には人工ルビーなどの輝石軸受けを用いることができる。
次に図4を用いて、本発明の静電誘導発電機を用いた充電回路について説明する。
2として働き、かつ高い効率で蓄電手段20への充電を行うことが可能な回路である。
図5を使って降圧回路10の構成について説明する。降圧回路10は第1の降圧ブロック11と第2の降圧ブロック12とで構成する。降圧回路10の降圧倍率nは6、すなわち6倍降圧するものである。
図5を使って、降圧回路10の動作について簡単に説明する。
れることとなる。この降圧回路10の入力側端子は、発電した電流が流れ込んでもほとんど電圧変化が生じないため、降圧回路10の接続状態が切り替わるごく僅かな期間を除けば、降圧回路10は常に電圧値がn・VBTの電圧源であるかのように振る舞う。この定電圧源のように見える負荷の電圧値が前述した負荷電圧VLに相当し、
VL=n・VBT
が成り立つようになる。
充電回路100の動作について、図3、図4および図6を用いて説明する。
動作について説明する。
VA(t)V0・sin(ω・t)
の発電電圧が得られる。ただしω=4・ωrである。発電出力の角周波数が回転子80の
回転角速度の4倍であるのは回転子80上の帯電薄膜82が面上に4個あるためである。
VB(t)=V0・sin(ω・t−2・π/3)
VC(t)=V0・sin(ω・t+2・π/3)
の発電電圧が得られる。これは上述のとおり、A相電極91に対して、B相電極92およびC相電極93の配置位相を周方向に変えているためである。以下の説明では、このA相の発電電圧の信号位相を基準の位相とする。
なる。実際には、全波整流回路50から降圧回路10に流れ込んだ電流の6倍の電流が蓄電手段20に流れ、蓄電手段20への充電がなされる。
、各相の発電電圧(いわゆる相電圧)の片振幅V0の約0.792倍であるときに、発電
1サイクルあたり(時間幅2・π/ω)での平均負荷消費電力が最大であった。その最大充電電力は、この発電機の出力インピーダンスと整合の取れた抵抗負荷を接続した場合の最大取り出し電力の約97.2%である。
相電圧)V0=11.6Vであった。よってこの比は9.0/11.6=0.777とな
り、このときの電力取り出し効率は97.2%と、この系での最大効率点にほぼ等しい負荷動作点で充電回路100を動作させることが可能である。
結線の三相交流発電機の実質的な発電出力は、各相の発電電圧(相電圧)の√3倍になることが知られている。これは、いわゆる線間電圧に対応する出力電圧である。この静電誘導発電機の例では、各相の発電電圧としては従来の単相の発電機と同じであるため、従来の発電機のように単相発電機として用いたときと比べて、実質的な発電電圧はそのまま√3倍となる。
この、ダイオードの順方向電圧の影響を下げることに注目した例について簡単に説明する。図7に、先に説明した三相出力の発電機の例の固定子の別の例を示した。
ここでは、上記に説明した電気的な効果の他に、本発明の静電誘導発電機の電極構成によって得られる力学的な効果について説明する。
U=Q・Q/(2・C)
で表される。
この力学的な効果だけを得るための典型的な固定子の電極配置の例を、図8に示した。このような固定子290は、内周と外周とに2つの環状領域を有するが、A相に相当する外周の環状領域からみて、B相に相当する内周の環状領域中の小電極の配置位相を、小電極の中心角のちょうど1/2である22.5°にしている。
20 蓄電手段
50 整流手段
80 回転子
81 回転子基材
82 帯電薄膜
90、190、290 固定子
91、191、291 A相電極
92、192、292 B相電極
93 C相電極
94、194、294 A相共通電極
95、195、295 B相共通電極
96 C相共通電極
100 充電回路
101 静電誘導発電機
102 定電圧負荷回路
Claims (7)
- 帯電部を有する回転可能な回転子(80)と、該回転子から所定距離の空隙を介して対向した導電部を有する固定子(90)とで構成した静電誘導発電機(101)であって、
前記帯電部は、前記回転子(80)の回転中心から放射線状に配置された所定の中心角のC字扇状領域を複数有し、
前記導電部は、前記回転子(80)の回転中心軸上の位置から同心円状に配置された環状領域を複数有し、
前記環状領域は、小電極に複数分割され、
内周側に配置される前記環状領域の径方向の幅は、外周側に配置される前記環状領域の径方向の幅よりも長く、
前記環状領域は、それぞれ前記中心角と等しい中心角のC字扇状の小電極に複数分割され、
内周側に配置される前記環状領域の前記小電極の面積と、外周側に配置される前記環状領域の前記小電極の面積は等しい
ことを特徴とする静電誘導発電機。 - 一の前記環状領域における前記C字扇状の小電極の位置と他の前記環状領域における前記C字扇状の小電極の位置との配置関係について、
前記回転中心から見た相対的な配置角度は、前記C字扇状の小電極の中心角の2倍の角度を前記環状領域の数で除した角度の整数倍である
ことを特徴とする請求項1記載の静電誘導発電機。 - 前記環状領域の数を3とすることで出力端子が3つの交流発電出力を得られるようにしたことを特徴とする請求項2に記載の静電誘導発電機。
- 前記環状領域の数を2とすることで出力端子が2つの交流発電出力を得られるようにしたことを特徴とする請求項2に記載の静電誘導発電機。
- 一の前記環状領域における前記C字扇状の小電極の位置と他の前記環状領域における前記
C字扇状の小電極の位置との配置関係について、
前記回転中心から見た相対的な配置角度は、前記C字扇状の小電極の中心角の1/2の角度の整数倍であることを特徴とする請求項1に記載の静電誘導発電機。 - 請求項1から5のいずれか1つに記載の静電誘導発電機(101)の出力に接続した全波整流回路(50)と、前記全波整流回路(50)の出力に接続した、ほぼ一定電圧の電圧源となる定電圧負荷回路(102)とを備え、
前記全波整流回路により一方向に整流された電流によって前記定電圧負荷回路(102)を充電することを特徴とする充電回路。 - 前記静電誘導発電機(101)の発電が定常状態であるとき、
前記一方向に整流された電流のリプル幅が小さくなるように前記定電圧負荷回路(102)の端子電圧を設定した
ことを特徴とする請求項6に記載の充電回路。
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