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JP2008141840A - Generating set using electric field responsive high polymer - Google Patents

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JP2008141840A
JP2008141840A JP2006324304A JP2006324304A JP2008141840A JP 2008141840 A JP2008141840 A JP 2008141840A JP 2006324304 A JP2006324304 A JP 2006324304A JP 2006324304 A JP2006324304 A JP 2006324304A JP 2008141840 A JP2008141840 A JP 2008141840A
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electric field
field responsive
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responsive polymer
electric
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JP2006324304A
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Shuji Yonemura
修治 米村
Mikio Wake
美紀夫 和氣
Masaki Chiba
正毅 千葉
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Hyper Drive
HYPER DRIVE CORP
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a generating set which can be used under various conditions and in various fields using an electric field responsive high polymer. <P>SOLUTION: This generating set comprises: a kinetic energy transmission part 8 which converts kinetic energy F generated by a wind force or the like into a force which deforms the electric field responsive high polymer 2; a starting voltage feeding part 6 which feeds initial electric energy to the electric field responsive high polymer 2 in an initial state; an electricity accumulating power feeding part 4 which controls a voltage and a current of output electric energy generated by the deformation of the electric field responsive high polymer 2 by the kinetic energy transmission part 8; an electricity accumulating part 5 which accumulates power fed from the electricity accumulating power feeding part 4; and a charging/discharging switching part 3 which electrically or mechanically detects the deformed state of the electric field responsive high polymer 2, and switches the initial electric energy fed to the electric field responsive high polymer 2 and the output electric energy outputted from the electric field responsive high polymer 2 according to the deformed state. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、誘電エラストマーからなる電場応答性高分子( Electroactive Polymer )に関するものであって、さらに詳しくは、電場応答性高分子を用いた発電装置に関するものである。   The present invention relates to an electroactive polymer made of a dielectric elastomer, and more particularly to a power generator using an electroactive polymer.

過去十数年間、誘電エラストマーからなる電場応答性高分子の研究は、アクチュエータに焦点を当てたものがほとんどであった。この誘電性エラストマーは、強い電場の中に置くと、電場の方向に収縮し、電場と垂直な方向に膨張する。これは、クーロン力によるものである。したがって、誘電エラストマーを帯電した2枚の柔軟(compliant)な電極間に挟むことによって、ゴムのような弾性を持つコンデンサーが構成される。これに電圧をかけると、一方の電極にはプラスの電荷が、反対側の電極にはマイナスの電荷が蓄えられる。その結果、電極間に引力が生じ、この力によって誘電エラストマーが押しつぶされ、面方向に膨張する。この変化をロボットなどのアクチュエータとして用いることが注目を集めている(例えば、特許文献1、2)。
米国特許第6781284号明細書 米国特許第6882086号明細書
In the past decade, most researches on electric field responsive polymers made of dielectric elastomers have focused on actuators. When placed in a strong electric field, the dielectric elastomer contracts in the direction of the electric field and expands in a direction perpendicular to the electric field. This is due to the Coulomb force. Therefore, a capacitor having elasticity like rubber is formed by sandwiching a dielectric elastomer between two charged compliant electrodes. When a voltage is applied to this, a positive charge is stored in one electrode and a negative charge is stored in the opposite electrode. As a result, an attractive force is generated between the electrodes, and the dielectric elastomer is crushed by this force and expands in the surface direction. The use of this change as an actuator such as a robot has attracted attention (for example, Patent Documents 1 and 2).
US Pat. No. 6,781,284 U.S. Pat. No. 6,882,086

ところが、この素材が発電においても顕著な性能を有することは、ほとんど知られておらず、発電への応用についての提案はあるものの、実用可能な発電装置については、実現されていなかった。また、発電機や太陽電池などの既存の発電手法では実現が難しい低周波数帯(例えば、0.3Hz)や非定周波振動(周期が定まっていない振動)、高負荷、高ストロークなどの条件下においても、利用可能な発電装置が求められていた。   However, it is hardly known that this material has remarkable performance in power generation, and although there is a proposal for application to power generation, a practical power generation device has not been realized. In addition, conditions such as low frequency bands (eg, 0.3 Hz), non-constant frequency vibrations (vibrations with indefinite periods), high loads, and high strokes that are difficult to achieve with existing power generation methods such as generators and solar cells. However, there is a need for a power generator that can be used.

そこで、本発明の目的は、電場応答性高分子を用いて、さまざまな条件下及びさまざまな分野で利用可能な発電装置を開発することにある。   Therefore, an object of the present invention is to develop a power generation apparatus that can be used in various conditions and in various fields using an electric field responsive polymer.

本請求項1に係る発明は、波力・水力・風力・圧力変化や生物及び物体などが動くことにより生じる運動エネルギーを電場応答性高分子を変形させる力に変換する運動エネルギー伝達部と、初期状態において前記電場応答性高分子へ初期電気エネルギーを供給する起動電圧供給部と、前記運動エネルギー伝達部による前記電場応答性高分子の変形により発生した出力電気エネルギーの電圧及び電流を制御する蓄電用電力供給部と、前記蓄電用電力供給部から供給される電力を蓄電する蓄電部と、前記電場応答性高分子の変形状態を電気的又は機械的に検出し、その変形状態に応じて、前記電場応答性高分子へ供給する前記初期電気エネルギーと前記電場応答性高分子から出力される前記出力電気エネルギーとの切替を行う充放電切替部とを有する電場応答性高分子を用いた発電装置によって、上記の課題を解決するものである。   The invention according to claim 1 includes a kinetic energy transmission unit that converts kinetic energy generated by wave force, hydraulic power, wind force, pressure change, movement of a living organism and an object into a force that deforms an electric field responsive polymer, A power supply for controlling the voltage and current of the output electric energy generated by the deformation of the electric field responsive polymer by the kinetic energy transfer unit and the starting voltage supply unit for supplying initial electric energy to the electric field responsive polymer in the state A power supply unit, a power storage unit that stores power supplied from the power supply unit for power storage, and a deformation state of the electric field responsive polymer are detected electrically or mechanically, and depending on the deformation state, A charge / discharge switching unit that switches between the initial electric energy supplied to the electric field responsive polymer and the output electric energy output from the electric field responsive polymer; The power generating apparatus using the that electroactive polymer is intended to solve the foregoing problems.

本請求項2に係る発明は、請求項1に係る発明の構成に加えて、前記初期電気エネルギーを前記蓄電部に蓄電された電気エネルギーから生成する起動電圧供給部を有する電場応答性高分子を用いた発電装置によって、上記の課題をさらに解決するものである。   In addition to the configuration of the invention according to claim 1, the invention according to claim 2 includes an electric field responsive polymer having a starting voltage supply unit that generates the initial electrical energy from the electrical energy stored in the power storage unit. The above-described problem is further solved by the power generation device used.

ここで、本発明における電場応答性高分子とは、米国のカリフォルニア州に本拠を構えるSRIインターナショナルで開発された新素材であって、アクリル系樹脂やシリコーン系樹脂などからなるゴム状の薄い高分子(誘電体)を伸び縮み可能な柔軟な電極で挟んだ構造をしており、EPAM(イーパム:Electroactive Polymer Artificial Muscle)という商品名で市販されているものである。   Here, the electric field responsive polymer in the present invention is a new material developed at SRI International, which is based in California, USA, and is a thin rubbery polymer made of acrylic resin or silicone resin. It has a structure in which (dielectric) is sandwiched between flexible electrodes that can be expanded and contracted, and is commercially available under the trade name EPAM (Electroactive Polymer Artificial Muscle).

本請求項1に係る電場応答性高分子を用いた発電装置によれば、波力・水力・風力・圧力変化や生物及び物体などが動くことにより生じる運動エネルギーを電場応答性高分子を変形させる力に変換する運動エネルギー伝達部と、初期状態において前記電場応答性高分子へ初期電気エネルギーを供給する起動電圧供給部と、前記運動エネルギー伝達部による前記電場応答性高分子の変形により発生した出力電気エネルギーの電圧及び電流を制御する蓄電用電力供給部と、前記蓄電用電力供給部から供給される電力を蓄電する蓄電部と、前記電場応答性高分子の変形状態を電気的又は機械的に検出し、その変形状態に応じて、前記電場応答性高分子へ供給する前記初期電気エネルギーと前記電場応答性高分子から出力される前記出力電気エネルギーとの切替を行う充放電切替部とを有する構成にしたことによって、前記電場応答性高分子に加えた運動エネルギーを効率良く電気エネルギーに変換させることができるので、低周波数帯(例えば、波力発電に要求される0.3Hz)の運動や、不定期な振動やワンタイムの運動などの非定周波運動、高負荷、高ストロークなどのさまざまな条件下における、さまざまな分野での利用が可能な発電装置を得ることができる。   According to the power generation device using the electric field responsive polymer according to claim 1, the electric field responsive polymer is deformed by the kinetic energy generated by the wave force, the hydraulic power, the wind force, the pressure change, the living thing, the object, and the like moving. A kinetic energy transmission unit for converting into force, an activation voltage supply unit for supplying initial electric energy to the electric field responsive polymer in an initial state, and an output generated by deformation of the electric field responsive polymer by the kinetic energy transmission unit A power storage unit for storing electricity that controls the voltage and current of electrical energy, a power storage unit that stores power supplied from the power supply unit for storage, and a deformation state of the electric field responsive polymer electrically or mechanically The initial electrical energy supplied to the electric field responsive polymer and the output electric energy output from the electric field responsive polymer according to the deformation state Since the kinetic energy added to the electric field responsive polymer can be efficiently converted into electric energy, the low frequency band (for example, wave power) Can be used in various fields under various conditions such as 0.3Hz) required for power generation, non-constant frequency motion such as irregular vibration and one-time motion, high load, high stroke, etc. Can be obtained.

特に、前記電場応答性高分子に初期状態において、発電の元(source)となる初期電気エネルギーを予め与えることによって、運動エネルギーを効率よく電気エネルギーに変換させることを可能にしている。   In particular, it is possible to efficiently convert kinetic energy into electric energy by giving the electric field responsive polymer in advance an initial electric energy that is a source of power generation in an initial state.

本請求項2に係る電場応答性高分子を用いた発電装置によれば、請求項1に係る電場応答性高分子を用いた発電装置が奏する効果に加えて、初期電気エネルギーを蓄電部に蓄電された電気エネルギーから生成する起動電圧供給部を有する構成にしたことによって、別途、起動電源などの初期充電源を有する必要がないため、発電装置のメンテナンスフリー化を図ることもでき、より広い分野で利用可能な発電装置を得ることができる。   According to the power generation device using the electric field responsive polymer according to claim 2, in addition to the effect produced by the electric power generation device using the electric field responsive polymer according to claim 1, the initial electric energy is stored in the power storage unit. Since it has a configuration having a startup voltage supply unit that generates from the generated electrical energy, it is not necessary to have an initial charging source such as a startup power source separately, so that the generator can be made maintenance-free. A power generator that can be used in

以下、まず始めに、本発明の電場応答性高分子(以下、EPAMと称す)を用いた発電装置の概要について、図1乃至図3に基づき説明する。   Hereinafter, first, an outline of a power generator using an electric field responsive polymer (hereinafter referred to as EPAM) of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.

本発電装置1は、図1に示したように、運動エネルギー伝達部8、EPAM2、充放電切替部3、蓄電用電力供給部4、蓄電部5、起動電圧供給部6から構成され、EPAM2により発電された電力を負荷7に効率よく供給する。   As shown in FIG. 1, the power generation apparatus 1 includes a kinetic energy transmission unit 8, an EPAM 2, a charge / discharge switching unit 3, a power storage power supply unit 4, a power storage unit 5, and an activation voltage supply unit 6. The generated power is efficiently supplied to the load 7.

ここで、運動エネルギー伝達部8は、波力・水力・風力・圧力変化及び生物や物体が動くことにより生じる運動エネルギーを、EPAM2を変形させる力に変換する。具体的には、EPAMは、弾性体であるので波力・水力などの力によりEPAMを伸張し、その後、EPAMに加えた力を解除する、すなわち、弛緩することによって、元の大きさに戻る。あるいは、EPAMに加重を掛けることによって、EPAMを伸張させ、その後、EPAMに掛けた加重を取り除く、すなわち、弛緩することによって、元の大きさに戻る。このように、運動エネルギー伝達部8は、運動エネルギーを、効率よくEPAM2を変化させる力に変換することができるものであれば、その具体的構成については、如何なる構成であっても構わない。   Here, the kinetic energy transmission unit 8 converts kinetic energy generated by wave force, hydraulic power, wind force, pressure change and movement of a living thing or an object into a force that deforms the EPAM 2. Specifically, since EPAM is an elastic body, the EPAM is stretched by a force such as wave force / hydraulic force, and then the force applied to the EPAM is released, that is, relaxed, thereby returning to the original size. . Alternatively, the EPAM is stretched by applying a weight to the EPAM, and then restored to its original size by removing the weight applied to the EPAM. Thus, as long as the kinetic energy transmission part 8 can convert kinetic energy into the force which changes EPAM2 efficiently, what kind of structure may be sufficient as the specific structure.

充放電切替部3は、EPAM2の変形状態を電気的又は機械的に検出して、その変形状態に応じて初期電気エネルギーをEPAM2に供給する充電モードとEPAM2によって発電された出力電気エネルギーが出力される放電モードを切り替える。初期電気エネルギーは、負荷7に電力供給するために蓄電部5に蓄電された電気エネルギーの一部を用いて起動電圧供給部6により生成され、初期状態にあるEPAM2に供給される。   The charge / discharge switching unit 3 detects the deformation state of the EPAM 2 electrically or mechanically, and outputs the output electric energy generated by the EPAM 2 and the charging mode for supplying the initial electric energy to the EPAM 2 according to the deformation state. Change the discharge mode. The initial electrical energy is generated by the starting voltage supply unit 6 using a part of the electrical energy stored in the power storage unit 5 to supply power to the load 7, and is supplied to the EPAM 2 in the initial state.

蓄電用電力供給部4は、蓄電部5をEPAM2で発電された電力によって効率よく充電するために電圧及び電流を制御する。具体的には、EPAM2によって発電された電圧波形は、図2に示すように、EPAMの状態が変化した瞬間に立ち上がり、次第に減衰する波形となる。したがって、PWM(Pulse Width Modulation)などによる降圧回路を用いて図2の斜線を引いた部分を使用するように、負荷7に適した電圧及び電流の制御が行われる。蓄電部5には、上述した降圧回路を用いることによって、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池や電気二重層コンデンサなどを蓄電手段とすることもできるし、特に降圧回路を用いることなくフィルムコンデンサなどのコンデンサを用途に合わせて蓄電手段として用いることもできる。   The power storage power supply unit 4 controls the voltage and current in order to efficiently charge the power storage unit 5 with the power generated by the EPAM 2. Specifically, as shown in FIG. 2, the voltage waveform generated by the EPAM 2 rises at the moment when the state of the EPAM changes and gradually decreases. Therefore, voltage and current control suitable for the load 7 is performed so as to use the shaded portion of FIG. 2 using a step-down circuit such as PWM (Pulse Width Modulation). By using the step-down circuit described above for the power storage unit 5, a secondary battery such as a nickel metal hydride battery or a lithium ion battery, an electric double layer capacitor, or the like can be used as the power storage means, and without using a step-down circuit. Capacitors such as film capacitors can also be used as power storage means depending on the application.

起動電圧供給部6は、蓄電部5から電気エネルギーを得て、発電初期に必要な初期電気エネルギーをEPAM2に供給するものであるが、起動電圧供給部6を用いることなく、別途、直流電圧源を用いたり、太陽電池、圧電素子を用いた起動電源を使用することによって、初期状態にあるEPAM2に初期電気エネルギーを供給することも可能である。
負荷7には、発光ダイオード(Light Emitting Diode)などが好適に使用されるが、これに限られることなく、例えば、“RF−ID”(Radio Frequency Identification)と呼ばれる家電向け短距離無線通信規格に準拠したRF−ID端末の電源として用いたり、EPAMを用いて携帯電子機器のストラップを構成して、携帯電子機器が上下動することによって携帯電子機器へ電力を供給する電源として用いることも可能である。また、このような低電圧発電のみならず、運動エネルギー伝達部8の構造により、波力・水力・風力などの自然エネルギーを用いた小・中規模の発電も可能である。
The starting voltage supply unit 6 obtains electric energy from the power storage unit 5 and supplies the initial electric energy necessary for the initial power generation to the EPAM 2, but without using the starting voltage supply unit 6, a separate DC voltage source is provided. It is also possible to supply initial electrical energy to the EPAM 2 in an initial state by using a solar cell or a startup power source using a piezoelectric element.
A light emitting diode (Light Emitting Diode) or the like is preferably used for the load 7, but is not limited to this, for example, a short-range wireless communication standard for home appliances called “RF-ID” (Radio Frequency Identification). It can be used as a power source for a compliant RF-ID terminal, or it can be used as a power source for supplying power to a portable electronic device when the portable electronic device moves up and down by forming a strap of the portable electronic device using EPAM. is there. In addition to such low-voltage power generation, the structure of the kinetic energy transmission unit 8 enables small- and medium-scale power generation using natural energy such as wave power, hydraulic power, and wind power.

次に、EPAMの発電原理について、図3に基づいて説明する。EPAM2は、2つの柔軟な電極2b、2bに挟まれた、アクリル系樹脂やシリコーン系樹脂などの高分子膜2aで構成されている。アクチュエーション(駆動)モードでは、図3(a)に示すように電極間に電位差を与えると、静電力により、高分子膜2aが厚さ方向に収縮し、その結果として、EPAM2が面方向に伸張する。   Next, the power generation principle of EPAM will be described with reference to FIG. The EPAM 2 is composed of a polymer film 2a such as an acrylic resin or a silicone resin sandwiched between two flexible electrodes 2b and 2b. In the actuation (driving) mode, when a potential difference is applied between the electrodes as shown in FIG. 3A, the polymer film 2a contracts in the thickness direction due to electrostatic force, and as a result, the EPAM2 moves in the plane direction. Stretch.

一方、発電モードでは、図3(b)に示すようにアクチュエーション(駆動)モードと逆の動き、すなわち、EPAM2に波力や人的作用などの外部的圧力、伸張力を与えて、EPAM2を変形させることにより発電する。なお、発電に先立ち、最初に高分子膜2aに発電の元となる微量の電荷を与えることによって、効率的に発電することが可能である。   On the other hand, in the power generation mode, as shown in FIG. 3B, the movement opposite to the actuation mode (drive mode), that is, EPAM2 is applied with external pressure such as wave force and human action, and stretching force to Power is generated by deforming. Prior to power generation, it is possible to generate power efficiently by first applying a small amount of electric charge as a source of power generation to the polymer film 2a.

これらのモードでは、EPAM2は、可変コンデンサのように機能していると考えられる。電荷は、高分子膜2aが何らかの力により伸張された際、その膜上に現れる。この膜が弛緩する際、EPAM2の弾性力が電場圧力に対向して働き、その結果、電気エネルギーが増加する。ミクロ的には、高分子膜2aの弾性力により電荷を各電極2bに向けて押し出し(収縮状態で高分子膜2aの厚さが増加)、また電極2bで各電荷間の距離が短くなる(収縮状態で平面領域が減少)。   In these modes, EPAM2 is considered to function like a variable capacitor. The charge appears on the polymer film 2a when the polymer film 2a is stretched by some force. As this membrane relaxes, the elastic force of EPAM2 acts against the electric field pressure, resulting in an increase in electrical energy. Microscopically, charges are pushed out toward each electrode 2b by the elastic force of the polymer film 2a (the thickness of the polymer film 2a increases in the contracted state), and the distance between the charges is shortened at the electrode 2b ( Planar area decreases in the contracted state).

このような電荷の変化が電圧差を増加させ、その結果、電気エネルギーの蓄電量が増加し、電気エネルギーとして外部の負荷に供給可能になる。   Such a change in electric charge increases the voltage difference. As a result, the amount of electric energy stored increases, and the electric energy can be supplied to an external load.

次に本発明のEPAMを用いた発電装置の具体的な実施例を図4に基づき説明する。   Next, a specific embodiment of the power generator using the EPAM of the present invention will be described with reference to FIG.

図4は、EPAM120に加えられた運動エネルギーを効率よく電気エネルギーに変換して負荷170に供給するために新規に開発された発電装置の回路図の一例である。   FIG. 4 is an example of a circuit diagram of a power generator newly developed to efficiently convert kinetic energy applied to the EPAM 120 into electric energy and supply it to the load 170.

EPAM120に発電エネルギーが蓄えられると、その変形状態が電気的又は機械的に検出され、出力電気エネルギーを負荷170に供給するため、充放電切替部130のスイッチS2がONになる。この時、スイッチS3はOFFの状態である。そして、負荷170を通過した電流は、電流の流れる向きを規制するダイオード180を通過して、蓄電用電力供給部140に供給される。この蓄電用電力供給部140は、ダイオード142とコイル144からなる一種の電流出力型のスイッチングコンバータを構成しており、それにより、電流波形が整形され蓄電部150に供給される。   When the generated energy is stored in the EPAM 120, the deformation state is detected electrically or mechanically, and the output electric energy is supplied to the load 170, so that the switch S2 of the charge / discharge switching unit 130 is turned on. At this time, the switch S3 is in an OFF state. Then, the current that has passed through the load 170 passes through the diode 180 that regulates the direction in which the current flows, and is supplied to the power storage power supply unit 140. The electricity storage power supply unit 140 constitutes a kind of current output type switching converter composed of a diode 142 and a coil 144, whereby the current waveform is shaped and supplied to the electricity storage unit 150.

蓄電部150に供給された出力電気エネルギーは、コンデンサ152に蓄電される。コンデンサ152には、パルス的な電流の入力を防止して、コンデンサ152の絶縁破壊を防止するとともに、コンデンサに適した電圧を出力するための定電圧ダイオード154が並列に接続されている。なお、本実施例では、負荷にLED170を用いているが、携帯電子機器などの低電圧機器を用いる場合は、別途、降圧回路などが必要となる。また、降圧された電気エネルギーは、コンデンサの変わりにリチウムイオン電池と昇圧回路を用いることにより蓄電部150の代用をすることもできる。   The output electrical energy supplied to the power storage unit 150 is stored in the capacitor 152. The capacitor 152 is connected in parallel with a constant voltage diode 154 for preventing input of a pulsed current to prevent dielectric breakdown of the capacitor 152 and outputting a voltage suitable for the capacitor. In this embodiment, the LED 170 is used as a load. However, when a low voltage device such as a portable electronic device is used, a step-down circuit or the like is required separately. Further, the stepped-down electric energy can be substituted for the power storage unit 150 by using a lithium ion battery and a booster circuit instead of a capacitor.

参照符号160で示した回路ユニットは、EPAM120の初期状態、すなわち、使用開始時にEPAM120に発電の元となる微量の電荷を与えるための起動電圧供給部である。本実施例では、起動電源162として直流電源を用いているが、太陽電池や圧電素子などを用いることも可能である。EPAM120による発電開始時にスイッチS1をONにすることにより、起動電源162に電流が逆流することを防止するために設けられたダイオード164を通過する。スイッチS1をONにするとコンデンサ152が蓄電され、その後、スイッチS1は、OFFとなる。そして、充放電切替部130によって、EPAM120が初期状態であることが電気的又は機械的に検出されるとスイッチS3はONになりEPAM120に初期電気エネルギーが供給される。   The circuit unit denoted by reference numeral 160 is an activation voltage supply unit for giving the EPAM 120 an initial state of the EPAM 120, that is, a small amount of electric charge that is a source of power generation at the start of use. In this embodiment, a DC power source is used as the starting power source 162, but a solar cell, a piezoelectric element, or the like can also be used. By turning on the switch S1 at the start of power generation by the EPAM 120, the current passes through the diode 164 provided to prevent the current from flowing back to the starting power supply 162. When the switch S1 is turned on, the capacitor 152 is charged, and then the switch S1 is turned off. When the charge / discharge switching unit 130 detects that the EPAM 120 is in the initial state electrically or mechanically, the switch S3 is turned on and the initial electrical energy is supplied to the EPAM 120.

なお、この実施例では、起動電圧供給部160として、起動電源162を用いているが蓄電部150に蓄電された電気エネルギーが必要電位以下にならない限り、初期電気エネルギーとして使用することも可能である(請求項2に係る発明)。
さらに、この実施例は、本発明の技術思想を具現化するための一実施例に過ぎず、発電装置の具体的な回路構成については、本発明の技術思想を逸脱するものでなければ、他の如何なる回路であっても構わない。なお、EPAM120の初期状態とは、運動エネルギーFにより、EPAM120が変形又は拡張し、静電容量的に増大した状態を示す。
In this embodiment, the start-up power supply 162 is used as the start-up voltage supply unit 160. However, as long as the electric energy stored in the power storage unit 150 is not lower than the required potential, it can be used as initial electric energy. (Invention according to claim 2).
Further, this embodiment is merely an embodiment for embodying the technical idea of the present invention, and the specific circuit configuration of the power generator is not limited to the technical idea of the present invention. Any circuit may be used. Note that the initial state of the EPAM 120 indicates a state in which the EPAM 120 is deformed or expanded by the kinetic energy F and is increased in terms of capacitance.

本発明の電場応答性高分子を用いた発電装置は、簡単な構成で、メンテナンスもほとんど必要なく、さまざまな条件下及びさまざまな分野で利用可能である発電装置を提供するものであって、波力、水力、風力などの自然エネルギーによる発電をはじめ、例えば、電気・電子機器制御用ワイヤレスリモコンの電源スイッチ一体型電源、電気・電子機器の操作に伴う運動エネルギーによる発電装置、携帯電子機器に接続されたストラップの形状変化を利用した発電装置、樹木の幹や枝の揺れを利用した発電装置、排ガスなどの気体圧力を用いた発電装置、排水などの水圧を用いた発電装置、乗り物が走行する時に生じる振動や衝撃により発電する装置、非常用電源として人力によって発電する装置、トンネル内などの狭い空間で生じる圧力変化により発電する装置、衣類に設置することにより人や動物の動きで発電する装置など、その産業上の利用可能性は、きわめて高い。   The power generation device using the electric field responsive polymer of the present invention provides a power generation device that has a simple configuration, requires little maintenance, and can be used in various conditions and in various fields. Power generation using natural energy such as power, hydropower, wind power, etc., for example, power switch integrated power source for wireless remote control for controlling electric and electronic devices, power generation device using kinetic energy associated with operation of electric and electronic devices, and connection to portable electronic devices A power generator using the shape change of the strap, a power generator using a swing of a tree trunk or a branch, a power generator using a gas pressure such as exhaust gas, a power generator using a water pressure such as drainage, and a vehicle travel Pressure changes that occur in narrow spaces such as devices that generate power due to vibrations and shocks that occur from time to time, devices that generate power by human power as emergency power supplies, and tunnels Apparatus for more power, such as an apparatus for power generation by the movement of people and animals by placing the garment, the availability of its industry is extremely high.

本発明の電場応答性高分子を用いた発電装置の発電原理を示すブロック図ある。It is a block diagram which shows the electric power generation principle of the electric power generating apparatus using the electric field responsive polymer of this invention. 本発明の電場応答性高分子を用いた発電装置の発電波形を示す図である。It is a figure which shows the electric power generation waveform of the electric power generating apparatus using the electric field responsive polymer of this invention. 本発明の動作原理を説明する図であり、(a)が、アクチュエーション・モードを示しており、(b)が、発電モードを示している。It is a figure explaining the operation | movement principle of this invention, (a) has shown the actuation mode, (b) has shown the electric power generation mode. 本発明の電場応答性高分子を用いた発電装置の具体的な回路の一例である。It is an example of the concrete circuit of the electric power generating apparatus using the electric field responsive polymer of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1、100 ・・・ 電場応答性高分子を用いた発電装置
2、120 ・・・ 電場応答性高分子(EPAM)
2a ・・・ 高分子膜
2b ・・・ 電極
3、130 ・・・ 充放電切替部
4、140 ・・・ 蓄電用電力供給部
142 ・・・ ダイオード
144 ・・・ コイル
5、150 ・・・ 蓄電部
152 ・・・ コンデンサ
154 ・・・ 定電圧ダイオード
6、160 ・・・ 起動電圧供給部
162 ・・・ 起動電源
164 ・・・ ダイオード
7、170 ・・・ 負荷
8 ・・・ 運動エネルギー伝達部
180 ・・・ ダイオード
190 ・・・ ダイオード
S1、S2、S3 ・・・ スイッチ
F ・・・ 運動エネルギー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,100 ... Electric power generating apparatus 2,120 ... Electric field responsive polymer (EPAM) using electric field responsive polymer
2a ... polymer film 2b ... electrode 3, 130 ... charge / discharge switching unit 4, 140 ... power supply unit for storage 142 ... diode 144 ... coil 5, 150 ... storage Unit 152 ・ ・ ・ Capacitor 154 Constant voltage diode 6, 160, Startup voltage supply unit 162, Startup power supply 164, Diode 7, 170, Load 8, Kinetic energy transmission unit 180・ ・ ・ Diode 190 ・ ・ ・ Diode S1, S2, S3 ・ ・ ・ Switch F ・ ・ ・ Kinetic energy

Claims (2)

波力・水力・風力・圧力変化や生物及び物体などが動くことにより生じる運動エネルギーを電場応答性高分子を変形させる力に変換する運動エネルギー伝達部と、
初期状態において、前記電場応答性高分子へ初期電気エネルギーを供給する起動電圧供給部と、
前記運動エネルギー伝達部による前記電場応答性高分子の変形により発生した出力電気エネルギーの電圧及び電流を制御する蓄電用電力供給部と、
前記蓄電用電力供給部から供給される電力を蓄電する蓄電部と、
前記電場応答性高分子の変形状態を電気的又は機械的に検出し、その変形状態に応じて前記電場応答性高分子へ供給する前記初期電気エネルギーと前記電場応答性高分子から出力される前記出力電気エネルギーとの切替を行う充放電切替部とを有することを特徴とする電場応答性高分子を用いた発電装置。
A kinetic energy transfer unit that converts kinetic energy generated by wave, hydraulic, wind, pressure changes, living things and objects to move into force that deforms the electric field responsive polymer;
In an initial state, an activation voltage supply unit that supplies initial electric energy to the electric field responsive polymer;
An electricity storage power supply unit that controls the voltage and current of output electrical energy generated by deformation of the electric field responsive polymer by the kinetic energy transfer unit;
A power storage unit that stores power supplied from the power supply unit for power storage; and
The deformation state of the electric field responsive polymer is detected electrically or mechanically, and the initial electric energy supplied to the electric field responsive polymer according to the deformation state is output from the electric field responsive polymer. A power generation apparatus using an electric field responsive polymer, comprising: a charge / discharge switching unit that switches between output electric energy.
前記初期電気エネルギーを前記蓄電部に蓄電された電気エネルギーから生成する起動電圧供給部を有することを特徴とする請求項1に記載された電場応答性高分子を用いた発電装置。
2. The power generation device using an electric field-responsive polymer according to claim 1, further comprising a starting voltage supply unit that generates the initial electrical energy from the electrical energy stored in the power storage unit.
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Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010140752A (en) * 2008-12-11 2010-06-24 Nsk Ltd Power generation element
JP2010140751A (en) * 2008-12-11 2010-06-24 Nsk Ltd Power generation element
WO2011096146A1 (en) * 2010-02-08 2011-08-11 コニカミノルタホールディングス株式会社 Macromolecule actuator driver apparatus
KR101105669B1 (en) * 2009-08-17 2012-01-18 한국과학기술원 Dielectric elastomer energy collection device, energy collection method using the device, charging circuit using the device and tactile sensor using the device
JP2013081347A (en) * 2011-10-04 2013-05-02 Fujita Yasohito Generator of electromagnetic induction application type and electrostatic induction application type
WO2013167579A1 (en) * 2012-05-10 2013-11-14 Single Buoy Moorings Inc. Charging/discharging circuit for electromechanical energy conversion and electromechanical energy conversion system
JP2014507930A (en) * 2011-03-09 2014-03-27 バイエル・インテレクチュアル・プロパティ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング Electroactive polymer energy converter
WO2013167667A3 (en) * 2012-05-10 2014-06-26 Single Buoy Moorings Inc. Increasing eap conversion efficiency by continuous current
JP2015516795A (en) * 2012-05-10 2015-06-11 シングル ブイ ムーリングス インコーポレイテッド Method and system for harvesting energy using EAP-based variants
JP2016073366A (en) * 2014-10-03 2016-05-12 克弥 西沢 Radio communication device having power generation function by walking, and radio communication and positioning functions, and a pedestrian's position monitoring system using the radio communication device as inner sole
JP2016539612A (en) * 2013-11-13 2016-12-15 シングル ブイ ムーリングス インコーポレイテッド Polyphase EAP system and method for controlling the system
CN114079402A (en) * 2020-08-11 2022-02-22 嘉兴珏创科技有限公司 Special power generation device

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4816831B2 (en) * 2010-02-08 2011-11-16 コニカミノルタホールディングス株式会社 Drive device for polymer actuator

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4816831B2 (en) * 2010-02-08 2011-11-16 コニカミノルタホールディングス株式会社 Drive device for polymer actuator

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010140751A (en) * 2008-12-11 2010-06-24 Nsk Ltd Power generation element
JP2010140752A (en) * 2008-12-11 2010-06-24 Nsk Ltd Power generation element
KR101105669B1 (en) * 2009-08-17 2012-01-18 한국과학기술원 Dielectric elastomer energy collection device, energy collection method using the device, charging circuit using the device and tactile sensor using the device
WO2011096146A1 (en) * 2010-02-08 2011-08-11 コニカミノルタホールディングス株式会社 Macromolecule actuator driver apparatus
JP4816831B2 (en) * 2010-02-08 2011-11-16 コニカミノルタホールディングス株式会社 Drive device for polymer actuator
JP2014507930A (en) * 2011-03-09 2014-03-27 バイエル・インテレクチュアル・プロパティ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング Electroactive polymer energy converter
JP2013081347A (en) * 2011-10-04 2013-05-02 Fujita Yasohito Generator of electromagnetic induction application type and electrostatic induction application type
WO2013167579A1 (en) * 2012-05-10 2013-11-14 Single Buoy Moorings Inc. Charging/discharging circuit for electromechanical energy conversion and electromechanical energy conversion system
WO2013167667A3 (en) * 2012-05-10 2014-06-26 Single Buoy Moorings Inc. Increasing eap conversion efficiency by continuous current
JP2015516795A (en) * 2012-05-10 2015-06-11 シングル ブイ ムーリングス インコーポレイテッド Method and system for harvesting energy using EAP-based variants
US9231473B2 (en) 2012-05-10 2016-01-05 Single Buoy Moorings Inc. Increasing EAP conversion efficiency by continuous current
US9543776B2 (en) 2012-05-10 2017-01-10 Single Buoy Moorings Inc. Charging/discharging circuit for electro active polymer based variable capacitor
JP2016539612A (en) * 2013-11-13 2016-12-15 シングル ブイ ムーリングス インコーポレイテッド Polyphase EAP system and method for controlling the system
JP2016073366A (en) * 2014-10-03 2016-05-12 克弥 西沢 Radio communication device having power generation function by walking, and radio communication and positioning functions, and a pedestrian's position monitoring system using the radio communication device as inner sole
CN114079402A (en) * 2020-08-11 2022-02-22 嘉兴珏创科技有限公司 Special power generation device

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