JP7282365B2 - Electrode substrates used in electrostatic induction power generating elements - Google Patents

Electrode substrates used in electrostatic induction power generating elements Download PDF

Info

Publication number
JP7282365B2
JP7282365B2 JP2019109403A JP2019109403A JP7282365B2 JP 7282365 B2 JP7282365 B2 JP 7282365B2 JP 2019109403 A JP2019109403 A JP 2019109403A JP 2019109403 A JP2019109403 A JP 2019109403A JP 7282365 B2 JP7282365 B2 JP 7282365B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
substrate
electrostatic induction
power
electrodes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019109403A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2020202686A (en
Inventor
雄二 鈴木
依然 柳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Tokyo NUC
Original Assignee
University of Tokyo NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Tokyo NUC filed Critical University of Tokyo NUC
Priority to JP2019109403A priority Critical patent/JP7282365B2/en
Publication of JP2020202686A publication Critical patent/JP2020202686A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7282365B2 publication Critical patent/JP7282365B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Description

特許法第30条第2項適用 平成30年11月29日に下記アドレス https://www.powermems.org/cgi-bin/download.cgiのウェブサイトでダウンロードされたThe PowerMEMS 2018 Electronic Technical Digestにて発表 〔刊行物等〕 平成30年12月5日にThe 18th International Conference on Micro and Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications(PowerMEMS 2018)にて発表Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act applies November 29, 2018 at the following address https://www. powermems. org/cgi-bin/download. Presented in The PowerMEMS 2018 Electronic Technical Digest downloaded from the cgi website [Publications] December 5, 2018, The 18th International Conference on Micro and Nanotechnology for Power Generation on and Energy Conversion Applications (PowerMEMS 2018) announced

本発明は、静電誘導型発電素子に使用される電極基板に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electrode substrate used for an electrostatic induction power generating element.

従来から、絶縁材料に電荷を注入したエレクトレットを使用した静電誘導型発電素子が提案されている。このような、エレクトレットを使用した静電誘導型発電素子は、電気エネルギーと運動エネルギーとの変換効率が高いことが知られている。例えば、下記特許文献1、2にも、エレクトレットを使用した静電誘導型発電素子が開示されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, an electrostatic induction power generating element using an electret in which an electric charge is injected into an insulating material has been proposed. It is known that such electrostatic induction power generation elements using electrets have high conversion efficiency between electric energy and kinetic energy. For example, Patent Literatures 1 and 2 below also disclose static induction power generation elements using electrets.

なお、静電誘導型発電素子は、互いに対向した電極の一方に電圧を印加し、電極を相対移動することによっても実現することができる。 The electrostatic induction power generation element can also be realized by applying a voltage to one of the electrodes facing each other and moving the electrodes relative to each other.

このような静電誘導型発電素子は、圧電素子と同様に例えば環境発電(Energy Harvesting)等に適用することができる。圧電素子の場合、電力の回収効率を向上する試みがなされている。例えば下記非特許文献1には、SSHI(synchronized switching harvesting on inductor)を使用して圧電素子からの電力の回収効率を向上できることが開示されている。下記非特許文献2には、SECE(synchronous electric charge extraction)を使用して圧電素子からの電力の回収効率を向上できることが開示されている。また、下記非特許文献3には、SSHI(synchronized switching harvesting on inductor)を使用して静電誘導型発電素子からの電力の回収効率を向上できることが開示されている。 Such an electrostatic induction power generating element can be applied to, for example, energy harvesting in the same manner as the piezoelectric element. In the case of piezoelectric elements, attempts have been made to improve the efficiency of power recovery. For example, Non-Patent Document 1 below discloses that the use of SSHI (synchronized switching harvesting on inductor) can improve the efficiency of collecting power from piezoelectric elements. The following non-patent document 2 discloses that SECE (synchronous electric charge extraction) can be used to improve the efficiency of collecting electric power from a piezoelectric element. In addition, the following Non-Patent Document 3 discloses that the use of SSHI (synchronized switching harvesting on inductor) can improve the efficiency of collecting power from an electrostatic induction power generating element.

しかし、静電誘導型発電素子では、圧電素子に比べて素子の静電容量が3桁程度小さく、出力電圧も1桁程度高いので、圧電素子向けのSSHIをそのまま適用すると損失が大きくなるという課題があった。特に、出力電圧が高いために、発振回路を制御するための信号を形成するスイッチ制御回路での消費電力が大きくなるという課題があった。しかしながら、静電誘導型発電素子に適用して寄生容量に基づく電力損失を効率よく低減し、電力の回収効率を向上する技術は提案されていない。 However, electrostatic induction power generating elements have a capacitance that is about three orders of magnitude smaller than piezoelectric elements, and an output voltage that is about one order of magnitude higher. was there. In particular, since the output voltage is high, there is a problem that the power consumption in the switch control circuit that forms the signal for controlling the oscillation circuit increases. However, no technology has been proposed that is applied to an electrostatic induction power generating element to efficiently reduce power loss due to parasitic capacitance and improve power recovery efficiency.

特開2005-229707号公報JP-A-2005-229707 特開2007-312551号公報JP-A-2007-312551

E. Lefeuvre, A. Badel, C. Richard, L. Petit, D. Guyomar, A comparison between several vibration-powered piezoelectric generators for standalone systems, Sens. Actuators A 126 (2006) 405-416E. Lefeuvre, A. Badel, C. Richard, L. Petit, D. Guyomar, A comparison between several vibration-powered piezoelectric generators for standalone systems, Sens. Actuators A 126 (2006) 405-416 E. Lefeuvre, A. Badel, C. Richard, D. Guyomar, Piezoelectric energy harvesting device optimization by synchronous electric charge extraction. J. Intell. Mater. Syst. Struct. Vol. 16, (2005), 865-876.E. Lefeuvre, A. Badel, C. Richard, D. Guyomar, Piezoelectric energy harvesting device optimization by synchronous electric charge extraction. J. Intell. Mater. Syst. Y. Liu, and Y. Suzuki,Self-powered SSHI for electret energy harvester”J. Phys.: Conf. Ser., Vol. 1052, (2018) 012022.Y. Liu, and Y. Suzuki,Self-powered SSHI for electret energy harvester”J. Phys.: Conf. Ser., Vol. 1052, (2018) 012022.

本発明の目的は、SSHI、SECE等の非線形電源管理回路を静電誘導型発電素子に適用するための静電誘導型発電素子に使用される電極基板を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an electrode substrate for use in an electrostatic induction power generating element for applying a nonlinear power management circuit such as SSHI or SECE to the electrostatic induction power generating element.

上記目的を達成するために、本発明の一実施形態は、運動エネルギーと電気エネルギーとを変換する静電誘導型発電素子に使用される電極基板であって、電荷を保持する電荷保持基板の電荷保持面に対向し、前記電荷保持基板と相対運動しつつ電力抽出回路を介して負荷に供給する電力を発生する第1の電極と、電荷を保持する電荷保持基板の電荷保持面に対向し、前記電荷保持基板と相対運動しつつ電力抽出回路の開閉用スイッチ制御回路を動作させるための電力を発生する、前記第1の電極より小さな面積に形成された第2の電極と、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, one embodiment of the present invention provides an electrode substrate used in an electrostatic induction power generation element that converts kinetic energy and electrical energy, the charge holding substrate holding charges a first electrode facing the holding surface and generating power to be supplied to a load through a power extraction circuit while moving relative to the charge holding substrate; a second electrode having an area smaller than that of the first electrode, which generates electric power for operating an opening/closing switch control circuit of a power extraction circuit while moving relative to the charge holding substrate. Characterized by

上記電極基板が円形であり、前記第1の電極が半径方向の外側に、前記第2の電極が半径方向の内側に、それぞれ放射形状に設けられていてもよい。 The electrode substrate may be circular, and the first electrode may be provided radially outward, and the second electrode may be radially provided radially inward.

また、上記電極基板が円形であり、前記第1の電極と前記第2の電極の合計面積の半分を超える面積に前記第1の電極が、前記合計面積の半分を超えない面積に前記第2の電極が、それぞれ放射形状に設けられていてもよい。 Further, the electrode substrate is circular, and the first electrode has an area exceeding half of the total area of the first electrode and the second electrode, and the second electrode has an area not exceeding half of the total area. may be provided in a radial shape.

また、上記電極基板と電荷保持基板との相対運動が回転運動であるのが好適である。 Moreover, it is preferable that the relative motion between the electrode substrate and the charge holding substrate is rotational motion.

また、上記第1の電極と上記第2の電極とが細片状に形成されて互いに平行に配置され、前記第1の電極の総面積が前記第2の電極の総面積より大きいのが好適である。 Further, it is preferable that the first electrode and the second electrode are formed in strips and arranged parallel to each other, and the total area of the first electrode is larger than the total area of the second electrode. is.

また、上記電極基板と電荷保持基板との相対運動が、前記第1の電極及び前記第2の電極の長手方向に直交する方向に一次元の振動であるのが好適である。 Further, it is preferable that the relative motion between the electrode substrate and the charge holding substrate is one-dimensional vibration in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the first electrode and the second electrode.

本発明によれば、SSHI、SECE等の非線形電源管理回路を静電誘導型発電素子に適用するための静電誘導型発電素子に使用される電極基板を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide an electrode substrate used for an electrostatic induction power generating element for applying a non-linear power management circuit such as SSHI or SECE to the electrostatic induction power generating element.

実施形態にかかる電極基板を使用した静電誘導型発電素子を含んで構成された環境発電装置の例を示す図である。1 is a diagram showing an example of an energy harvesting device including an electrostatic induction power generating element using an electrode substrate according to an embodiment; FIG. 実施形態にかかるSSHIを使用した場合の非線形電源管理回路の動作の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of the operation of the nonlinear power management circuit when using SSHI according to the embodiment; 実施形態にかかる電極基板の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the electrode substrate concerning embodiment. 実施形態にかかる円形の電荷保持基板と電極基板との組み合わせにより構成された静電誘導型発電素子の例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of an electrostatic induction power generating element configured by combining a circular charge holding substrate and an electrode substrate according to the embodiment; 実施形態にかかる静電誘導型発電素子の他の構成例の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of another configuration example of the electrostatic induction power generating element according to the embodiment; 実施形態にかかる静電誘導型発電素子における電極基板の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the electrode substrate in the electrostatic induction-type electric power generation element concerning embodiment. 実施例及び比較例1、2の出力測定結果を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing output measurement results of Example and Comparative Examples 1 and 2;

以下、本発明を実施するための形態(以下、実施形態という)を、図面に従って説明する。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereafter, the form (henceforth embodiment) for implementing this invention is demonstrated according to drawing.

図1には、実施形態にかかる電極基板を使用した静電誘導型発電素子を含んで構成された環境発電装置の例が示される。図1において、環境発電装置100は、静電誘導型発電素子10と非線形電源管理回路12とを含んで構成されている。環境発電装置100は、必要に応じてDC/DCコンバータ14を介して外部の負荷16に接続される。なお、DC/DCコンバータ14は、適宜な整流器を含んで構成される。 FIG. 1 shows an example of an energy harvesting device including an electrostatic induction power generating element using the electrode substrate according to the embodiment. In FIG. 1 , an energy harvesting device 100 includes an electrostatic induction power generating element 10 and a nonlinear power management circuit 12 . The energy harvesting device 100 is connected to an external load 16 via a DC/DC converter 14 as required. Note that the DC/DC converter 14 includes an appropriate rectifier.

静電誘導型発電素子10は、互いに対向した電荷保持基板10aと電極基板10bとを含んで構成されている。電荷保持基板10aは、その表面近傍領域に電荷を保持する機能を有し、例えばエレクトレットにより構成することができる。エレクトレットは、樹脂等の絶縁材料の表面付近に電荷(例えば、負電荷)を注入して形成される。絶縁材料への電荷の注入には、液体接触、コロナ放電、電子ビーム、軟X線等公知の方法を用いることができる。なお、電荷保持基板10aは、エレクトレットではなく、適宜な電源から電圧が印加された導体、例えば金属板等で形成されていてもよい。 The electrostatic induction power generating element 10 includes a charge holding substrate 10a and an electrode substrate 10b facing each other. The charge retention substrate 10a has a function of retaining charges in its near-surface region, and can be made of, for example, an electret. Electrets are formed by injecting charges (eg, negative charges) near the surface of an insulating material such as resin. Known methods such as liquid contact, corona discharge, electron beam, and soft X-rays can be used to inject charges into the insulating material. Note that the charge holding substrate 10a may be formed of a conductor, such as a metal plate, to which a voltage is applied from an appropriate power supply instead of an electret.

上記電極基板10bには、電荷保持基板10aの電荷保持面に対向して配置された第1の電極10c及び第2の電極10dが形成されている。第1の電極10cは、電荷保持基板10aの電荷を保持した面(以後、電荷保持面という)に対向し、電荷保持基板10aと相対運動しつつ負荷用電力(電力抽出回路12aを介して外部の負荷に供給する電力)を発生する。また、第2の電極10dは、電荷保持基板10aの電荷保持面に対向し、電荷保持基板10aと相対運動しつつ非線形電源管理回路12の制御用電力を発生する。第2の電極10dは、第1の電極10cより、上記電荷保持面に対向する面積が小さく形成されている。これは、非線形電源管理回路12の制御用電力が負荷用電力より小さくてよいからであり、これにより電力損失(負荷に供給できない電力)を低減することができる。また、同時に、非線形電源管理回路12のスイッチ制御回路12bに供給される電圧が電力抽出回路12aに供給される電圧よりも低くなることにより、スイッチ制御回路12bの消費電力を抑えることができる。 A first electrode 10c and a second electrode 10d are formed on the electrode substrate 10b so as to face the charge retention surface of the charge retention substrate 10a. The first electrode 10c faces the charge-retaining surface of the charge-retaining substrate 10a (hereinafter referred to as the charge-retaining surface), and receives load power (externally via the power extraction circuit 12a) while moving relative to the charge-retaining substrate 10a. power supplied to the load). The second electrode 10d faces the charge retention surface of the charge retention substrate 10a and generates power for controlling the nonlinear power management circuit 12 while moving relative to the charge retention substrate 10a. The second electrode 10d has a smaller area facing the charge retention surface than the first electrode 10c. This is because the control power of the nonlinear power management circuit 12 may be smaller than the load power, thereby reducing power loss (power that cannot be supplied to the load). At the same time, the voltage supplied to the switch control circuit 12b of the nonlinear power management circuit 12 becomes lower than the voltage supplied to the power extraction circuit 12a, thereby suppressing the power consumption of the switch control circuit 12b.

電荷保持基板10aと電極基板10bとは、互いに相対運動するように構成されており、この結果、電荷保持基板10aと第1の電極10c及び第2の電極10dとも相対運動するので、静電誘導により上述した負荷用電力及び制御用電力をそれぞれ発生することができる。ここで、相対運動は、電荷保持基板10aの電荷保持面に保持された電荷により、静電誘導に基づいて上記電極基板10bの第1の電極10c及び第2の電極10dに起電力を発生できる運動であれば限定されない。 The charge holding substrate 10a and the electrode substrate 10b are configured to move relative to each other. As a result, the charge holding substrate 10a and the first electrode 10c and the second electrode 10d also move relative to each other. can generate the above-described load power and control power respectively. Here, the relative motion can generate an electromotive force in the first electrode 10c and the second electrode 10d of the electrode substrate 10b based on electrostatic induction due to the charge held on the charge holding surface of the charge holding substrate 10a. It is not limited as long as it is exercise.

非線形電源管理回路12は、例えばSSHI(synchronized switching harvesting on inductor)、SECE(synchronous electric charge extraction)等を使用して構成することができ、発振回路の役割を果たす電力抽出回路12aと、第2の電極10dの出力電圧に合わせて制御信号を生成するスイッチ制御回路12bとを含み、電力抽出回路12aは、スイッチ制御回路12bが生成した制御信号により開閉されるスイッチを有している。 The nonlinear power management circuit 12 can be configured using, for example, SSHI (synchronized switching harvesting on inductor), SECE (synchronous electric charge extraction), or the like. and a switch control circuit 12b that generates a control signal in accordance with the output voltage of the electrode 10d. The power extraction circuit 12a has a switch that is opened and closed by the control signal generated by the switch control circuit 12b.

電力抽出回路12aは、スイッチ制御回路12bの制御により開閉動作を行い、静電誘導型発電素子10に存在する寄生容量の影響を抑制して第1の電極10cからの電力の回収効率を向上するように動作する。この場合、スイッチ制御回路12bは、上記第2の電極10dが発生する電圧のピークを検出して電力抽出回路12aのスイッチ開閉動作を制御する。従って、スイッチ制御回路12bに供給される電圧のピークと電力抽出回路12aに供給される電圧のピークとは同期するように構成される。SSHIの場合の非線形電源管理回路12の動作は後述する。 The power extraction circuit 12a performs opening and closing operations under the control of the switch control circuit 12b, suppresses the influence of the parasitic capacitance existing in the electrostatic induction power generation element 10, and improves the efficiency of power recovery from the first electrode 10c. works like In this case, the switch control circuit 12b detects the peak of the voltage generated by the second electrode 10d and controls the switching operation of the power extraction circuit 12a. Therefore, the peak of the voltage supplied to the switch control circuit 12b and the peak of the voltage supplied to the power extraction circuit 12a are configured to be synchronized. The operation of the nonlinear power management circuit 12 for SSH will be described later.

上述した通り、静電誘導型発電素子10の第1の電極10cの出力電力は、必要に応じてDC/DCコンバータ14を介して外部の負荷16に接続される。 As described above, the output power of the first electrode 10c of the electrostatic induction power generation element 10 is connected to the external load 16 via the DC/DC converter 14 as required.

図2には、SSHIを使用した場合の非線形電源管理回路12の動作の説明図が示される。図2において、本実施形態で用いたSSHIでは、第1の電極10cからの出力電圧を、第2の電極10dからの出力電圧を用いて制御し、静電誘導型発電素子10に存在する寄生容量Cpで消費される電力を抑制することよって電力の回収効率を向上する。第1の電極10cからの出力電圧は交流であり、出力電圧が正の位相では、寄生容量Cpの第1の電極10cに直接接続された側は正に帯電される。SSHIが動作しない(用いない)場合、出力電圧が負の位相に移行すると、正に帯電した寄生容量Cpの第1の電極10cに直接接続された側に負の電荷が流れ込むことによって電荷が消滅し、発電した電力が消費される。一方、SSHIを用いた場合、第1の電極10cからの出力電圧と同位相である第2の電極10dからの出力電圧に合わせてスイッチ制御回路12bを用いて、出力電圧の位相が正のピークに達した際に電力抽出回路12a内のスイッチを閉じて内部の発振回路を動作させ、帯電した寄生容量Cpの両端の電荷を反転させる。このことにより、第1の電極10cからの出力電圧が負の位相に移行した際に、寄生容量Cpの第1の電極10cに直接接続された側が負に帯電していることから、負の電荷が流れ込むことがない。従って、発電した電力が寄生容量Cpで失われることがなく、電力抽出回路12aを介して負荷16で消費される。 FIG. 2 shows an explanatory diagram of the operation of the nonlinear power management circuit 12 when SSHI is used. In FIG. 2, in the SSH used in this embodiment, the output voltage from the first electrode 10c is controlled using the output voltage from the second electrode 10d, and the parasitics present in the electrostatic induction power generating element 10 The power recovery efficiency is improved by suppressing the power consumed by the capacitor Cp. The output voltage from the first electrode 10c is alternating, and in the positive phase of the output voltage, the side of the parasitic capacitance Cp directly connected to the first electrode 10c is positively charged. When SSHI does not operate (is not used), when the output voltage shifts to a negative phase, the negative charge flows into the side of the positively charged parasitic capacitance Cp that is directly connected to the first electrode 10c, thereby extinguishing the charge. and the generated power is consumed. On the other hand, when SSH is used, the switch control circuit 12b is used to match the output voltage from the second electrode 10d, which is in phase with the output voltage from the first electrode 10c, so that the phase of the output voltage has a positive peak. , the switch in the power extracting circuit 12a is closed to operate the internal oscillation circuit to reverse the charges across the charged parasitic capacitance Cp. As a result, when the output voltage from the first electrode 10c shifts to a negative phase, the side of the parasitic capacitance Cp directly connected to the first electrode 10c is negatively charged. does not flow. Therefore, the generated power is consumed by the load 16 via the power extraction circuit 12a without being lost by the parasitic capacitance Cp.

図3(a)、(b)には、電極基板10bの構成例が示される。図3(a)、(b)の例では、電極基板10bに対向している電荷保持基板10aは省略されている。 FIGS. 3A and 3B show configuration examples of the electrode substrate 10b. In the examples of FIGS. 3A and 3B, the charge holding substrate 10a facing the electrode substrate 10b is omitted.

図3(a)において、電極基板10bは、円形基板であり、その中心から放射形状(扇形の一部)に第1の電極10cと第2の電極10dとがそれぞれ点対称に形成されている。この場合、第1の電極10cが電極基板10bの半径方向の外側に、第2の電極10dが電極基板10bの半径方向の内側に設けられており、第1の電極10cの総面積が第2の電極10dの総面積より大きく構成されている。この場合、円形である電極基板10bの中心における第1の電極10cと第2の電極10dの角度(扇形の中心角)は同じでもよいし、異なっていてもよい。 In FIG. 3A, the electrode substrate 10b is a circular substrate, and a first electrode 10c and a second electrode 10d are formed in a radial shape (part of a fan shape) from the center of the substrate in point symmetry. . In this case, the first electrode 10c is provided radially outside the electrode substrate 10b, and the second electrode 10d is provided radially inside the electrode substrate 10b. is larger than the total area of the electrodes 10d. In this case, the angle between the first electrode 10c and the second electrode 10d at the center of the circular electrode substrate 10b (central angle of the sector) may be the same or different.

また、電極基板10bには、グランド電極10eが第1の電極10cの間に、グランド電極10gが第2の電極10dの間に放射状に、且つ点対称に形成されている。すなわち、グランド電極10eと第1の電極10cとが、電極基板10bの円周方向に交互に形成され、グランド電極10gと第2の電極10dとが、電極基板10bの円周方向に交互に形成されている。 Further, on the electrode substrate 10b, a ground electrode 10e is formed between the first electrodes 10c, and a ground electrode 10g is formed between the second electrodes 10d radially and point-symmetrically. That is, the ground electrodes 10e and the first electrodes 10c are alternately formed in the circumferential direction of the electrode substrate 10b, and the ground electrodes 10g and the second electrodes 10d are alternately formed in the circumferential direction of the electrode substrate 10b. It is

図3(a)の例では、第1の電極10cが8個、第2の電極10dが8個それぞれ形成されており、第1の電極10c同士、第2の電極10d同士で電気的に接続されている。なお、第1の電極10c及び第2の電極10dの数は8個に限定されず、適宜な数とすることができる。また、グランド電極10e同士及びグランド電極10g同士も電気的に接続されている。なお、第1の電極10cとグランド電極10eとの間に電力抽出回路12aが接続され、第2の電極10dとグランド電極10gとの間にスイッチ制御回路12bが接続されている。 In the example of FIG. 3A, eight first electrodes 10c and eight second electrodes 10d are formed, and the first electrodes 10c are electrically connected to each other and the second electrodes 10d are electrically connected to each other. It is Note that the number of the first electrodes 10c and the second electrodes 10d is not limited to eight, and may be an appropriate number. Also, the ground electrodes 10e are electrically connected to each other and the ground electrodes 10g are electrically connected to each other. A power extraction circuit 12a is connected between the first electrode 10c and the ground electrode 10e, and a switch control circuit 12b is connected between the second electrode 10d and the ground electrode 10g.

図3(a)に図示しないエレクトレット等を備える電荷保持基板10aも、円形基板であり、各第1の電極10cと第2の電極10dとを合わせた領域と略同一の扇形の領域に電荷を保持している。この電荷を保持した扇形の領域(電荷保持領域ということがある)は、電荷保持基板10aの円周方向に互いに離隔されて複数形成されており、例えば第1の電極10c及び第2の電極10dと同数とすることができる。電荷保持基板10aは、その回転軸(中心を通る軸)が電極基板10bの回転軸と一致し、この回転軸により回転することにより電荷保持基板10aと電極基板10bとが相対運動する。この結果、電荷保持基板10aの電荷による静電誘導により第1の電極10cと第2の電極10dとに誘導起電力が発生する。この際、上記電荷保持領域の数が、上記第1の電極10cと第2の電極10dとを合わせた領域の数と同じであり、その平面形状も略同一であり、さらに、電荷保持領域、及び第1の電極10cと第2の電極10dが基板上に点対称に配置されているので、第1の電極10cに発生する誘導起電力及び第2の電極10dに発生する誘導起電力は、位相が同期している。このため、非線形電源管理回路12内のスイッチの開閉を制御するためにスイッチ制御回路12bに供給される電圧のピークと電力抽出回路12aに供給される電圧のピークとを同期することができる。 The charge holding substrate 10a provided with an electret or the like (not shown in FIG. 3A) is also a circular substrate, and charge is stored in a fan-shaped region that is substantially the same as the combined region of the first electrode 10c and the second electrode 10d. keeping. A plurality of fan-shaped regions (sometimes referred to as charge retention regions) that retain electric charges are formed so as to be separated from each other in the circumferential direction of the charge retention substrate 10a. can be equal to The charge holding substrate 10a has its rotation axis (the axis passing through the center) that coincides with the rotation axis of the electrode substrate 10b, and the charge holding substrate 10a and the electrode substrate 10b move relative to each other by rotating on this rotation axis. As a result, an induced electromotive force is generated between the first electrode 10c and the second electrode 10d due to electrostatic induction due to the charges on the charge holding substrate 10a. At this time, the number of the charge retention regions is the same as the total number of regions of the first electrode 10c and the second electrode 10d, and the planar shape thereof is substantially the same. And since the first electrode 10c and the second electrode 10d are arranged point-symmetrically on the substrate, the induced electromotive force generated in the first electrode 10c and the induced electromotive force generated in the second electrode 10d are Phase is synchronized. Therefore, the peak of the voltage supplied to the switch control circuit 12b and the peak of the voltage supplied to the power extraction circuit 12a for controlling the opening and closing of the switches in the nonlinear power management circuit 12 can be synchronized.

また、第1の電極10cの総面積が第2の電極10dの総面積より大きいので、外部の負荷16には第1の電極10cから電力抽出回路12aを介して大きな電力を供給でき、スイッチ制御回路12bには第2の電極10dから小さな電力が供給される。このため、スイッチ制御回路12bで消費される電力を低減でき、電力の回収効率を向上できる。 Further, since the total area of the first electrodes 10c is larger than the total area of the second electrodes 10d, a large amount of power can be supplied to the external load 16 from the first electrodes 10c through the power extraction circuit 12a, thereby switching control. A small power is supplied to the circuit 12b from the second electrode 10d. Therefore, the power consumed by the switch control circuit 12b can be reduced, and the power recovery efficiency can be improved.

次に、図3(b)の例では、円形の電極基板10bの周方向に放射形状の第1の電極10c、第2の電極10d及びグランド電極10e、10gが配置されている。この場合、第1の電極10cの数が第2の電極10dの数より多く形成されている。この結果、第1の電極10cと第2の電極10dの合計面積の半分を超える面積に第1の電極10cが設けられ、上記合計面積の半分を超えない面積に第2の電極10dが設けられる。なお、第1の電極10cと第2の電極10dとを同一のグループとみなした場合、これらは点対称に配置されている。また、グランド電極10e、10gも、同一のグループとみなした場合点対称に配置されている。 Next, in the example of FIG. 3B, radially shaped first electrodes 10c, second electrodes 10d, and ground electrodes 10e and 10g are arranged in the circumferential direction of a circular electrode substrate 10b. In this case, the number of first electrodes 10c is greater than the number of second electrodes 10d. As a result, the first electrode 10c is provided in an area exceeding half of the total area of the first electrode 10c and the second electrode 10d, and the second electrode 10d is provided in an area not exceeding half of the total area. . When the first electrode 10c and the second electrode 10d are regarded as the same group, they are arranged point-symmetrically. Also, the ground electrodes 10e and 10g are arranged point-symmetrically when considered as the same group.

また、図3(b)の例では、第1の電極10cが6個、第2の電極10dが2個それぞれ形成されているが、上記合計面積に対する各面積の割合が上記の条件を満たしていれば、第1の電極10cと第2の電極10dの数は適宜決定できる。なお、第1の電極10c及び第2の電極10dが複数形成されている場合には、それぞれ電気的に接続する。また、グランド電極10e及びグランド電極10g同士もそれぞれ電気的に接続する。図3(b)の場合も、図3(a)の場合と同様に、第1の電極10cとグランド電極10eとの間に電力抽出回路12aが接続され、第2の電極10dとグランド電極10gとの間にスイッチ制御回路12bが接続されている。 In the example of FIG. 3B, six first electrodes 10c and two second electrodes 10d are formed, but the ratio of each area to the total area does not satisfy the above conditions. If so, the number of the first electrodes 10c and the number of the second electrodes 10d can be determined appropriately. When a plurality of first electrodes 10c and second electrodes 10d are formed, they are electrically connected to each other. Also, the ground electrode 10e and the ground electrode 10g are electrically connected to each other. In the case of FIG. 3B, as in the case of FIG. 3A, the power extraction circuit 12a is connected between the first electrode 10c and the ground electrode 10e, and the second electrode 10d and the ground electrode 10g are connected. A switch control circuit 12b is connected between and.

図3(b)の例でも、図示しないエレクトレット等を備える電荷保持基板10aが円形基板として構成されており、図3(a)の場合と同様に電荷保持基板10aが上記回転軸により回転することにより電荷保持基板10aと電極基板10bとが相対運動する。この結果、電荷保持基板10aの電荷による静電誘導により第1の電極10cと第2の電極10dとに誘導起電力が発生する。この際、上記電荷保持領域の数が、上記第1の電極10cと第2の電極10dとを合わせた領域の数と同じであり、その平面形状も略同一であり、さらに、電荷保持領域、及び第1の電極10cと第2の電極10dのグループが基板上に点対称に配置されているので、第1の電極10cに発生する誘導起電力及び第2の電極10dに発生する誘導起電力は、位相が同期している。このため、非線形電源管理回路12内のスイッチの開閉を制御するためにスイッチ制御回路12bに供給される電圧のピークと電力抽出回路12aに供給される電圧のピークとを同期することができる。 In the example of FIG. 3(b), the charge holding substrate 10a including electrets (not shown) is configured as a circular substrate, and the charge holding substrate 10a is rotated by the rotating shaft as in the case of FIG. 3(a). Thus, the charge holding substrate 10a and the electrode substrate 10b move relative to each other. As a result, an induced electromotive force is generated between the first electrode 10c and the second electrode 10d due to electrostatic induction due to the charges on the charge holding substrate 10a. At this time, the number of the charge retention regions is the same as the total number of regions of the first electrode 10c and the second electrode 10d, and the planar shape thereof is substantially the same. And since the group of the first electrode 10c and the second electrode 10d are arranged point-symmetrically on the substrate, the induced electromotive force generated in the first electrode 10c and the induced electromotive force generated in the second electrode 10d are phase-synchronous. Therefore, the peak of the voltage supplied to the switch control circuit 12b and the peak of the voltage supplied to the power extraction circuit 12a for controlling the opening and closing of the switches in the nonlinear power management circuit 12 can be synchronized.

また、第1の電極10cの総面積が第2の電極10dの総面積より大きいので、外部の負荷16には第1の電極10cから電力抽出回路12aを介して大きな電力を供給でき、スイッチ制御回路12bには第2の電極10dから小さな電力が供給される。このため、スイッチ制御回路12bで消費される電力を低減でき、電力の回収効率を向上できる。 Further, since the total area of the first electrodes 10c is larger than the total area of the second electrodes 10d, a large amount of power can be supplied to the external load 16 from the first electrodes 10c through the power extraction circuit 12a, thereby switching control. A small power is supplied to the circuit 12b from the second electrode 10d. Therefore, the power consumed by the switch control circuit 12b can be reduced, and the power recovery efficiency can be improved.

図4には、円形の電荷保持基板10aと電極基板10bとの組み合わせにより構成された静電誘導型発電素子10の例が示される。図4において、電荷保持基板10aには、電極基板10bとの対向面に、電荷保持基板10aの半径方向に伸びた放射形状のエレクトレット10Eとガード電極Gとが、円周方向に交互に配列されている。なお、電荷保持基板10aには、エレクトレット10Eの代わりに、適宜な電源から電圧が印加された導体を使用してもよい。 FIG. 4 shows an example of an electrostatic induction power generating element 10 configured by combining a circular charge holding substrate 10a and an electrode substrate 10b. In FIG. 4, radial electrets 10E extending in the radial direction of the charge holding substrate 10a and guard electrodes G are alternately arranged in the circumferential direction on the surface of the charge holding substrate 10a facing the electrode substrate 10b. ing. A conductor to which a voltage is applied from an appropriate power source may be used for the charge retention substrate 10a instead of the electret 10E.

また、電極基板10bには、電荷保持基板10aとの対向面に、図3(a)と同様の第1の電極10c、第2の電極10d及びグランド電極10e、10gが形成されている。なお、作図上の関係で第2の電極10d及びグランド電極10gは図示を省略している。また、第1の電極10c及び第2の電極10dとしては、図3(a)ではなく、図3(b)と同様の構成としてもよい。これらの第1の電極10c及び第2の電極10dは、グランド電極10e、10gとともに電極基板10bの円周方向に交互に配列されて形成されており、第1の電極10cとグランド電極10eとの間に電力抽出回路12aが接続され、第2の電極10dとグランド電極10gとの間にスイッチ制御回路12bが接続されている。図4の例では、第1の電極10c及び第2の電極10dの数、及びこれに対応するエレクトレット10Eの数が、図3(a)、(b)よりも多くなっているが、これらの数は適宜決定することができる。 A first electrode 10c, a second electrode 10d, and ground electrodes 10e and 10g similar to those in FIG. 3A are formed on the surface of the electrode substrate 10b facing the charge holding substrate 10a. It should be noted that the second electrode 10d and the ground electrode 10g are omitted for drawing purposes. Also, the first electrode 10c and the second electrode 10d may have the same configuration as that shown in FIG. 3(b) instead of that shown in FIG. 3(a). These first electrodes 10c and second electrodes 10d are alternately arranged in the circumferential direction of the electrode substrate 10b together with the ground electrodes 10e and 10g. A power extraction circuit 12a is connected between them, and a switch control circuit 12b is connected between the second electrode 10d and the ground electrode 10g. In the example of FIG. 4, the number of first electrodes 10c and second electrodes 10d and the number of electrets 10E corresponding thereto are greater than in FIGS. The number can be determined as appropriate.

図4に示された静電誘導型発電素子10では、電荷保持基板10aと電極基板10bとの中心軸が共通にされており、電荷保持基板10aがローターとなって上記中心軸で回転する。また、電極基板10bはステーターであり、電荷保持基板10aと電極基板10bとが円周方向に相対運動して、第1の電極10c及び第2の電極10dに誘導起電力が発生し、電力抽出回路12a及びスイッチ制御回路12bにそれぞれ供給される。 In the electrostatic induction power generation element 10 shown in FIG. 4, the central axis of the charge holding substrate 10a and the electrode substrate 10b is shared, and the charge holding substrate 10a rotates around the central axis as a rotor. The electrode substrate 10b is a stator, and the charge holding substrate 10a and the electrode substrate 10b move relative to each other in the circumferential direction to generate induced electromotive force in the first electrode 10c and the second electrode 10d, thereby extracting power. They are supplied to the circuit 12a and the switch control circuit 12b, respectively.

図5には、静電誘導型発電素子10の他の構成例の断面図が示される。図5において、静電誘導型発電素子10は、互いに対向し、矢印Aで示される、対向面に平行な方向に相対運動する電荷保持基板10aと電極基板10bとを備えている。電荷保持基板10aの対向面には、エレクトレット10Eとガード電極10Gとが、上記矢印A方向に交互に配列されている。この場合、エレクトレット10Eとガード電極10Gとは、上記矢印A方向と直交する方向に伸びる断面が矩形の直方体の形状(細片状)に形成されている。なお、電荷保持基板10aには、エレクトレット10Eの代わりに、適宜な電源から電圧が印加された導体を使用してもよい。 FIG. 5 shows a cross-sectional view of another configuration example of the electrostatic induction power generating element 10. As shown in FIG. In FIG. 5, the electrostatic induction power generation element 10 includes a charge holding substrate 10a and an electrode substrate 10b that face each other and move relative to each other in a direction parallel to the facing surfaces, as indicated by an arrow A. Electrets 10E and guard electrodes 10G are alternately arranged in the arrow A direction on the opposite surface of the charge retention substrate 10a. In this case, the electret 10E and the guard electrode 10G are formed in a rectangular parallelepiped shape (strip shape) having a rectangular cross section extending in a direction perpendicular to the arrow A direction. A conductor to which a voltage is applied from an appropriate power source may be used for the charge retention substrate 10a instead of the electret 10E.

電極基板10bの対向面には、第1の電極10c及び第2の電極10dが形成されている。また、第1の電極10c及び第2の電極10dと交互に、すなわちこれらの各々に隣接してグランド電極10e、10gも形成されている。第1の電極10c及び第2の電極10dと、上記エレクトレット10Eとは同じ平面形状であり、その配置におけるエレクトレット10E同士及び第1の電極10c及び/または第2の電極10d同士の離間間隔が同じであり、さらに第1の電極10c及び第2の電極10dの合計数がエレクトレット10Eの数と同数である。 A first electrode 10c and a second electrode 10d are formed on the facing surface of the electrode substrate 10b. Ground electrodes 10e and 10g are also formed alternately with the first electrode 10c and the second electrode 10d, that is, adjacent to each of them. The first electrode 10c and the second electrode 10d and the electret 10E have the same planar shape, and the spacing between the electrets 10E and the first electrode 10c and/or the second electrode 10d in the arrangement is the same. and the total number of the first electrodes 10c and the second electrodes 10d is the same as the number of electrets 10E.

なお、図5の例でも、第1の電極10c同士、第2の電極10d同士が電気的に接続されている。また、グランド電極10e同士及びグランド電極10g同士も電気的に接続されている。また、第1の電極10cとグランド電極10eとの間に電力抽出回路12aが接続され、第2の電極10dとグランド電極10gとの間にスイッチ制御回路12bが接続されている。 Also in the example of FIG. 5, the first electrodes 10c are electrically connected to each other and the second electrodes 10d are electrically connected to each other. Also, the ground electrodes 10e are electrically connected to each other and the ground electrodes 10g are electrically connected to each other. A power extraction circuit 12a is connected between the first electrode 10c and the ground electrode 10e, and a switch control circuit 12b is connected between the second electrode 10d and the ground electrode 10g.

電荷保持基板10aと電極基板10bとが矢印A方向に相対運動することによりエレクトレット10Eに基づく誘導起電力が第1の電極10cとグランド電極10eとの間、及び第2の電極10dとグランド電極10gとの間に発生し、それぞれ電力抽出回路12a及びスイッチ制御回路12bに供給される。この場合、電荷保持基板10aと電極基板10bとの相対運動は、例えば電荷保持基板10aを矢印A方向に振動させることにより実現することができる。また、電荷保持基板10aと電極基板10bとを、対向面に平行(矢印A方向)且つ反対方向に同時に平行移動させることにより、相対的に振動させてもよい。 Due to the relative movement of the charge holding substrate 10a and the electrode substrate 10b in the direction of arrow A, the induced electromotive force based on the electret 10E is generated between the first electrode 10c and the ground electrode 10e and between the second electrode 10d and the ground electrode 10g. and are supplied to the power extraction circuit 12a and the switch control circuit 12b, respectively. In this case, the relative motion between the charge holding substrate 10a and the electrode substrate 10b can be realized by vibrating the charge holding substrate 10a in the arrow A direction, for example. Alternatively, the charge holding substrate 10a and the electrode substrate 10b may be relatively oscillated by simultaneously parallel-moving in parallel (in the direction of the arrow A) and in opposite directions to the facing surfaces.

この際、第1の電極10c及び第2の電極10dと、上記エレクトレット10Eとは同じ平面形状であり、その配置におけるエレクトレット10E同士及び第1の電極10c及び/または第2の電極10d同士の離間間隔が同じであり、さらに第1の電極10c及び第2の電極10dの合計数がエレクトレット10Eの数と同数であるので、第1の電極10cに発生する誘導起電力及び第2の電極10dに発生する誘導起電力は、位相が同期している。このため、電力抽出回路12aの開閉を制御するためにスイッチ制御回路12bに供給される電圧のピークと電力抽出回路12aに供給される電圧のピークとを同期することができる。 At this time, the first electrode 10c and the second electrode 10d and the electret 10E have the same planar shape, and the spacing between the electrets 10E and the first electrode 10c and/or the second electrode 10d in that arrangement is Since the intervals are the same and the total number of the first electrodes 10c and the second electrodes 10d is the same as the number of electrets 10E, the induced electromotive force generated in the first electrodes 10c and the second electrodes 10d The generated induced electromotive force is synchronous in phase. Therefore, the peak of the voltage supplied to the switch control circuit 12b and the peak of the voltage supplied to the power extraction circuit 12a for controlling the opening and closing of the power extraction circuit 12a can be synchronized.

なお、図5の例では、第2の電極10dが一つであるが、これには限定されず、第1の電極10cの総面積が第2の電極10dの総面積より大きいという関係を満たせば、第1の電極10c及び第2の電極10dの数を適宜決定することができる。 In the example of FIG. 5, there is one second electrode 10d, but the present invention is not limited to this. For example, the number of first electrodes 10c and second electrodes 10d can be determined as appropriate.

図6(a)、(b)には、図5に示された静電誘導型発電素子10における電極基板10bの変形例が示される。図6(a)の例では、細片状の第1の電極10cとグランド電極10eとが交互に且つ平行に形成され、細片状の第2の電極10dとグランド電極10gとが同様に交互に且つ平行に形成されている。第1の電極10cと第2の電極10d及びグランド電極10eとグランド電極10gとは、図6(a)に示されるように、電極基板10bの平面上で互いに対応する位置(図の横方向の同じ位置)で長手方向に延びている。ここで、各第1の電極10cの長手方向の長さLcが、第2の電極10dの長手方向の長さLdよりも長く形成されている。このため、第1の電極10cの総面積が第2の電極10dの総面積より大きくなっている。 FIGS. 6(a) and 6(b) show modifications of the electrode substrate 10b in the electrostatic induction power generating element 10 shown in FIG. In the example of FIG. 6(a), strip-shaped first electrodes 10c and ground electrodes 10e are alternately formed in parallel, and strip-shaped second electrodes 10d and ground electrodes 10g are formed alternately. and parallel to each other. As shown in FIG. 6(a), the first electrode 10c and the second electrode 10d, and the ground electrode 10e and the ground electrode 10g are located at positions corresponding to each other on the plane of the electrode substrate 10b (in the horizontal direction of the drawing). same position). Here, the longitudinal length Lc of each first electrode 10c is longer than the longitudinal length Ld of the second electrode 10d. Therefore, the total area of the first electrodes 10c is larger than the total area of the second electrodes 10d.

また、図6(b)の例では、第1の電極10cの長手方向の長さLcと第2の電極10dの長手方向の長さLdとが同じ長さに形成されており、第1の電極10cの数が第2の電極10dの数より多く形成されている。なお、グランド電極10e及びグランド電極10gも、それぞれ第1の電極10c及び第2の電極10dと交互に且つ平行に形成されている。 In the example of FIG. 6B, the longitudinal length Lc of the first electrode 10c and the longitudinal length Ld of the second electrode 10d are the same. The number of electrodes 10c is greater than the number of second electrodes 10d. The ground electrode 10e and the ground electrode 10g are also formed alternately and in parallel with the first electrode 10c and the second electrode 10d, respectively.

なお、図示しない電荷保持基板10aは、図5の場合と同様であり、電極基板10bの第1の電極10c及び第2の電極10dが形成された面にエレクトレットが対向するように配置され、電極基板10bと相対運動するように構成されている。 Note that the charge holding substrate 10a (not shown) is the same as that shown in FIG. It is configured to move relative to the substrate 10b.

以下、本発明の実施例を具体的に説明する。なお、以下の実施例は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。
実施例
Examples of the present invention will be specifically described below. The following examples are intended to facilitate understanding of the present invention, and the present invention is not limited to these examples.
Example

図3(b)に示される構成の電極基板10bを使用した静電誘導型発電素子10を含む環境発電装置100により発電実験を行った。 A power generation experiment was conducted with an energy harvesting device 100 including the electrostatic induction power generating element 10 using the electrode substrate 10b configured as shown in FIG. 3(b).

実験に使用した電極基板10bは、外径38mm、内径18mmとした。また、第1の電極10c、第2の電極10dの長さは、20mm(38-18mm)とし、最内径(直径18mm)で幅185μm、間隔50μmで電極基板10bの円周方向に配列した。なお、最外径(直径38mm)で幅390μm、間隔105μmである。第1の電極10c(負荷用電力を発生)の数は115個、第2の電極10d(SSHIの制御用電力を発生)の数は4個とした。なお、電極は120個径形成できるが、第一の電極10cと第二の電極間10dとの電気的干渉を抑えるため、一本分を抜いて間隔を空けてある。また、グランド電極10e、10gも、それぞれ第1の電極10c及び第2の電極10dと同形状で同数形成されている。また、各電極の厚さは20μm以下とした。 The electrode substrate 10b used in the experiment had an outer diameter of 38 mm and an inner diameter of 18 mm. The length of the first electrode 10c and the second electrode 10d is 20 mm (38-18 mm), and the width of the innermost diameter (18 mm) is 185 μm. The outermost diameter (diameter 38 mm) is 390 μm wide and the interval is 105 μm. The number of first electrodes 10c (generating power for load) was 115, and the number of second electrodes 10d (generating power for SSHI control) was four. Although 120 electrodes can be formed in a diameter, in order to suppress electrical interference between the first electrode 10c and the second electrode space 10d, one electrode is omitted and spaced. The ground electrodes 10e and 10g are also formed in the same shape and number as the first electrode 10c and the second electrode 10d, respectively. Moreover, the thickness of each electrode was set to 20 μm or less.

一方、静電誘導型発電素子10の電荷保持基板10aは、表面電位-807Vのエレクトレットにより構成した。このエレクトレットは、第1の電極10c及び第2の電極10dと同形状であり、最内径で幅185μmであり、エレクトレットと同形状に形成したガード電極Gとの間を50μm離間して電荷保持基板10aの円周に沿って120個配置されている。 On the other hand, the charge holding substrate 10a of the electrostatic induction power generating element 10 was composed of an electret having a surface potential of -807V. This electret has the same shape as the first electrode 10c and the second electrode 10d, and has a width of 185 μm at the innermost diameter. 120 are arranged along the circumference of 10a.

また、電極基板10bに形成された第1の電極10c及び第2の電極10dとエレクトレットの表面とは300μm離間させて対向させ、エレクトレット(ローター)の回転数を1rpsとして相対運動させた。 In addition, the first electrode 10c and the second electrode 10d formed on the electrode substrate 10b and the surface of the electret were opposed to each other at a distance of 300 μm, and the rotation speed of the electret (rotor) was set to 1 rps to cause relative motion.

以上のようにして構成した環境発電装置100の出力の測定は、SSHIの出力側に100MΩの抵抗を接続し、ここに流れる電流から出力電圧を算出した。その際に使用した測定器(電流計)は、プログラマブル電流増幅器CA5350((株)エヌエフ回路設計ブロック製)である。 The output of the energy harvesting device 100 configured as described above was measured by connecting a 100 MΩ resistor to the output side of the SSHI and calculating the output voltage from the current flowing therethrough. The measuring device (ammeter) used at that time is a programmable current amplifier CA5350 (manufactured by NF Circuit Design Block Co., Ltd.).

また、比較例1として、SSHI(非線形電源管理回路12)を使用しない環境発電装置100、及び比較例2として、SSHIのスイッチ制御回路12bへの電力供給に、第2の電極10dを使用せず、負荷用電力(第1の電極10c)を抵抗(負荷用100MΩ、スイッチ制御回路12b用4.8MΩ)で分割する環境発電装置100を形成して、実施例と同様に出力の測定を行った。 Also, as Comparative Example 1, an energy harvesting device 100 that does not use SSHI (nonlinear power management circuit 12), and as Comparative Example 2, the second electrode 10d is not used to supply power to the SSH switch control circuit 12b. , an energy harvesting device 100 that divides the load power (first electrode 10c) by resistors (100 MΩ for the load and 4.8 MΩ for the switch control circuit 12b) was formed, and the output was measured in the same manner as in the example. .

図7には、実施例及び比較例1、2の出力測定結果が示される。図7に示されるように、実施例の出力電力は、比較例1に対して2.6倍、比較例2に対して1.33培となった。この結果、本実施例にかかる電極基板10bの有効性が確認できた。 FIG. 7 shows output measurement results of Example and Comparative Examples 1 and 2. FIG. As shown in FIG. 7, the output power of Example was 2.6 times that of Comparative Example 1 and 1.33 times that of Comparative Example 2. As a result, the effectiveness of the electrode substrate 10b according to this example could be confirmed.

10 静電誘導型発電素子、10a 電荷保持基板、10b 電極基板、10c 第1の電極、10d 第2の電極、10e、10g グランド電極、10E エレクトレット、10G ガード電極、12 非線形電源管理回路、12a 電力抽出回路、12b スイッチ制御回路、14 DC/DCコンバータ、16 負荷、100 環境発電装置。

10 electrostatic induction power generation element 10a charge holding substrate 10b electrode substrate 10c first electrode 10d second electrode 10e, 10g ground electrode 10E electret 10G guard electrode 12 nonlinear power supply management circuit 12a power extraction circuit, 12b switch control circuit, 14 DC/DC converter, 16 load, 100 energy harvesting device.

Claims (6)

運動エネルギーと電気エネルギーとを変換する静電誘導型発電素子に使用される電極基板であって、
電荷を保持する電荷保持基板の電荷保持面に対向し、前記電荷保持基板と相対運動しつつ電力抽出回路を介して負荷に供給する電力を発生する第1の電極と、
電荷を保持する電荷保持基板の電荷保持面に対向し、前記電荷保持基板と相対運動しつつ電力抽出回路の開閉用スイッチ制御回路を動作させるための電力を発生する、前記第1の電極より小さな面積に形成された第2の電極と、
を備える静電誘導型発電素子に使用される電極基板。
An electrode substrate used in an electrostatic induction power generation element that converts kinetic energy and electrical energy,
a first electrode that faces a charge retention surface of a charge retention substrate that retains charges and generates power to be supplied to a load via a power extraction circuit while moving relative to the charge retention substrate;
The first electrode is smaller than the first electrode facing the charge retention surface of the charge retention substrate that retains the charge and generates power for operating the switch control circuit for opening and closing of the power extraction circuit while moving relative to the charge retention substrate. a second electrode formed on the area;
An electrode substrate used for an electrostatic induction power generating element comprising
前記電極基板が円形であり、前記第1の電極が半径方向の外側に、前記第2の電極が半径方向の内側に、それぞれ放射形状に設けられている、請求項1に記載の静電誘導型発電素子に使用される電極基板。 2. The electrostatic induction according to claim 1, wherein said electrode substrate is circular, said first electrode is provided radially outward and said second electrode is radially provided radially inward. Electrode substrate used for type power generation element. 前記電極基板が円形であり、前記第1の電極と前記第2の電極の合計面積の半分を超える面積に前記第1の電極が、前記合計面積の半分を超えない面積に前記第2の電極が、それぞれ放射形状に設けられている、請求項1に記載の静電誘導型発電素子に使用される電極基板。 The electrode substrate is circular, and the first electrode has an area exceeding half of the total area of the first electrode and the second electrode, and the second electrode has an area not exceeding half of the total area. 2. The electrode substrate for use in an electrostatic induction power generating element according to claim 1, wherein each of the are provided in a radial shape. 前記電極基板と電荷保持基板との相対運動が回転運動である、請求項2または請求項3に記載の静電誘導型発電素子に使用される電極基板。 4. The electrode substrate used in the electrostatic induction power generating element according to claim 2, wherein the relative motion between said electrode substrate and said charge holding substrate is rotational motion. 前記第1の電極と前記第2の電極とが細片状に形成されて互いに平行に配置され、前記第1の電極の総面積が前記第2の電極の総面積より大きい、請求項1に記載の静電誘導型発電素子に使用される電極基板。 2. The method according to claim 1, wherein said first electrode and said second electrode are strip-shaped and arranged parallel to each other, the total area of said first electrode being greater than the total area of said second electrode. An electrode substrate used in the electrostatic induction power generating element described above. 前記電極基板と電荷保持基板との相対運動が、前記第1の電極及び前記第2の電極の長手方向に直交する方向に一次元の振動である、請求項5に記載の静電誘導型発電素子に使用される電極基板。

6. The electrostatic induction power generation according to claim 5, wherein the relative motion between the electrode substrate and the charge holding substrate is one-dimensional vibration in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the first electrode and the second electrode. Electrode substrate used in devices.

JP2019109403A 2019-06-12 2019-06-12 Electrode substrates used in electrostatic induction power generating elements Active JP7282365B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019109403A JP7282365B2 (en) 2019-06-12 2019-06-12 Electrode substrates used in electrostatic induction power generating elements

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019109403A JP7282365B2 (en) 2019-06-12 2019-06-12 Electrode substrates used in electrostatic induction power generating elements

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020202686A JP2020202686A (en) 2020-12-17
JP7282365B2 true JP7282365B2 (en) 2023-05-29

Family

ID=73744123

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019109403A Active JP7282365B2 (en) 2019-06-12 2019-06-12 Electrode substrates used in electrostatic induction power generating elements

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7282365B2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007312551A (en) 2006-05-19 2007-11-29 Univ Of Tokyo Electrostatic induction type converting device
WO2013132753A1 (en) 2012-03-07 2013-09-12 パナソニック株式会社 Vibration power generator, vibration power generation device, and communication device and electronic device mounted with vibration power generation device
JP2016131475A (en) 2015-01-15 2016-07-21 シチズンホールディングス株式会社 Electrostatic induction generator and charging circuit using the same
WO2017090727A1 (en) 2015-11-25 2017-06-01 国立大学法人 東京大学 Electrostatic induction type power generation element
JP6425181B2 (en) 2014-02-27 2018-11-21 国立大学法人 東京大学 Vibration generator

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007312551A (en) 2006-05-19 2007-11-29 Univ Of Tokyo Electrostatic induction type converting device
WO2013132753A1 (en) 2012-03-07 2013-09-12 パナソニック株式会社 Vibration power generator, vibration power generation device, and communication device and electronic device mounted with vibration power generation device
JP6425181B2 (en) 2014-02-27 2018-11-21 国立大学法人 東京大学 Vibration generator
JP2016131475A (en) 2015-01-15 2016-07-21 シチズンホールディングス株式会社 Electrostatic induction generator and charging circuit using the same
WO2017090727A1 (en) 2015-11-25 2017-06-01 国立大学法人 東京大学 Electrostatic induction type power generation element

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Tomoya Miyoshi et al.,Low-profile rotational electret generator using print circuit board for energy harvesting from arm swing,2018 IEEE Micro Electro Mechanical Systems (MEMS),米国,IEEE,2018年,p.230-232,DOI: 10.1109/MEMSYS.2018.8346526,URL:https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=8346526
Yiran Liu et al.,DUAL-STAGE-ELECTRODE-ENHANCED EFFICIENT SSHI FOR ROTATIONAL ELECTRET ENERGY HARVESTER,2019 20th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems & Eurosensors XXXIII (TRANSDUCERS & EUROSENSORS XXXIII),米国,IEEE,2019年08月22日,p.1471-1474,DOI: 10.1109/TRANSDUCERS.2019.8808201,URL:https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=8808201
Yiran Liu et al.,Self-powered SSHI for Electret Energy Harvester,Journal of Physics: Conference Series,米国,IEEE,2018年07月,Vol. 1052,012022,p.1-5,DOI:10.1088/1742-6596/1052/1/012022,URL:https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/1052/1/012022/pdf

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020202686A (en) 2020-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2040366B1 (en) Electrostatic motor
US10566912B2 (en) Vibration-driven energy harvester
JP5568993B2 (en) Static induction generator
JP7030697B2 (en) Triboelectric energy generator
JP2014226003A (en) Vibration power generator
US20210099104A1 (en) Vibrational Energy Harvester Device
EP2810365A1 (en) Method of energy harvesting using built-in potential difference of metal-to-metal junctions and device thereof
CN107681862A (en) A kind of ultralow frequency energy accumulator
JP7282365B2 (en) Electrode substrates used in electrostatic induction power generating elements
JP6868613B2 (en) Power generation equipment and power generation method
Takahashi et al. Electret energy harvesting based on fringe electrical field change inside trenched ferroelectric
JP5573624B2 (en) Power generation device and electronic device
JP6317156B2 (en) Power generator
WO2019216237A1 (en) Vibration power generation device
JP6709232B2 (en) Static induction power generation element
KR101907771B1 (en) Triboelectric energy generator using induced charge
Fu et al. Large-dynamic-range MEMS electret energy harvester with combined gap-closing/overlapping-area-change electrodes
JP2011188725A (en) Electret, electrostatic induction-type conversion element, and method for charging electret
JP2019198160A (en) Vibration power generation element and vibration power generator
RU2241300C2 (en) Electrostatic capacitor machine for wind stream energy conversion
KR101881666B1 (en) Energy generator using stored charge
JP2017163817A (en) Method for manufacturing electrostatic electromechanical converter
Wang et al. Enhanced performance of a rotary energy harvester with bipolar charged electrets
JP5876179B2 (en) Power generator
JP6221420B2 (en) Electrostatic motor

Legal Events

Date Code Title Description
A80 Written request to apply exceptions to lack of novelty of invention

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A80

Effective date: 20190625

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220525

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230328

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230425

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230510

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7282365

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150