JP2009159664A - Generating set using electric field responsive high polymer - Google Patents
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Abstract
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、流体の運動エネルギーにより発電する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 electric field responsive polymer made of a dielectric elastomer, and more particularly to a power generation apparatus using an electric field responsive polymer that generates electric power by kinetic energy of a fluid.
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、アクチュエータとして用いることに焦点を当てたものがほとんどであった。この電場応答性高分子は、強い電場の中に置くと、クーロン力により、電場の方向に収縮し、電場と垂直な方向に膨張するという特性を有している。したがって、電場応答性高分子の両表面に電極膜となるカーボン粉末やアルミニウム粉末を定着させることによって、ゴムのような弾性を持つ一種の可変容量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、他方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、この力によって電場応答性高分子が押しつぶされ、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、2参照)。
Over the past decade, most researches on electric field responsive polymers made of dielectric elastomers have focused on use as actuators. When the electric field responsive polymer is placed in a strong electric field, the electric field responsive polymer contracts in the direction of the electric field and expands in a direction perpendicular to the electric field by Coulomb force. Therefore, a kind of variable capacitor having elasticity like rubber is formed by fixing carbon powder or aluminum powder serving as an electrode film on both surfaces of the electric field responsive polymer. When a voltage is applied to this, a positive charge is stored in one electrode and a negative charge is stored in the other electrode. As a result, an attractive force is generated between the electrodes, and the electric field responsive polymer is crushed by this force and expands in the surface direction. The use of this change as an actuator for a robot or the like has attracted attention (see, for example,
さらに、近年、地球温暖化が深刻な社会問題となっており、CO2排出の問題がなく、発電機などの既存の発電手法では実現が難しい流体の緩やかな運動を電気エネルギーに変換する発電装置の開発が求められている。
ところが、電場応答性高分子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。その一つの原因として、電場応答性高分子を発電素子として使うためには、発電初期に、すなわち電場応答性高分子を伸張させた状態でタイミング良く初期電気エネルギーを印加すると共に、電場応答性高分子が弛緩した状態でタイミング良く出力電気エネルギーを取り出す必要があった。そのために別途、電場応答性高分子の変形状態を検知するための変位検出回路を設ける必要があることが挙げられる。 However, it is hardly known that electric field responsive polymers have remarkable performance in power generation, and although there are proposals for application to power generation, practical power generators have not been realized. . One reason for this is that in order to use an electric field responsive polymer as a power generation element, initial electric energy is applied at the initial stage of power generation, that is, with the electric field responsive polymer stretched, and the electric field responsiveness is high. It was necessary to take out the output electrical energy in a timely manner with the molecules relaxed. For this purpose, it is necessary to separately provide a displacement detection circuit for detecting the deformation state of the electric field responsive polymer.
さらに、緩やかな運動により電場応答性高分子を連続して変形させ、電気エネルギーを効率よく取り出す機構が存在していなかったことも、電場応答性高分子を発電素子として使用する際の障害になっていた。 Furthermore, the lack of a mechanism for efficiently taking out electric energy by continuously deforming the electric field responsive polymer by gentle movement is also an obstacle when using the electric field responsive polymer as a power generation element. It was.
そこで、本発明が解決しようとする技術的課題、すなわち、本発明の目的は、別途、センサーを用いたような複雑な変位検出回路を設けることなく電場応答性高分子を用いた発電装置を実現し、しかも、風力や水力などの緩やかな運動により電場応答性高分子を連続して変形させ、電気エネルギーを効率よく取り出す発電装置を提供することである。 Therefore, the technical problem to be solved by the present invention, that is, the object of the present invention is to realize a power generation device using an electric field responsive polymer without providing a complicated displacement detection circuit using a sensor separately. In addition, it is an object of the present invention to provide a power generation apparatus that efficiently takes out electric energy by continuously deforming an electric field responsive polymer by gentle movement such as wind power or hydraulic power.
まず、本請求項1に係る発明は、ピストン軸の軸方向の運動を電場応答性高分子を変形させる力に変換すると共に、前記電場応答性高分子の変形状態を検出し、その変形状態に応じて電場応答性高分子への初期電気エネルギーの供給と電場応答性高分子からの出力電気エネルギーの出力との切換を行う発電ユニット部と、前記初期電気エネルギーを昇圧すると共に前記出力電気エネルギーを降圧する電圧変換部と、該電力変換部への初期エネルギーの出力と前記電力変換部からの出力電気エネルギーの蓄電及び外部負荷への放電をする蓄電部とを具備した電場応答性高分子を用いた発電装置であって、前記発電ユニット部のピストン軸が、流体の運動エネルギーによって回転する回転軸の近傍に設置されると共に該回転軸に固設されたカムと当接して軸方向に運動することにより、前記課題を解決したものである。
First, the invention according to
そして、本請求項2に係る発明は、請求項1に係る電場応答性高分子を用いた発電装置において、前記発電ユニット部が、前記回転軸を中心とする円周上に等角度間隔に複数配設されていることにより、前記課題をさらに解決したものである。
The invention according to claim 2 is the power generation apparatus using the electric field responsive polymer according to
また、本請求項3に係る発明は、請求項2に係る電場応答性高分子を用いた発電装置において、前記複数の発電ユニット部が出力する出力電気エネルギーを平滑する平滑回路が、前記発電ユニット部の放電端子と前記電圧変換部の降圧回路との間に設けられていることにより、前記課題をさらに解決したものである。 The invention according to claim 3 is the power generation apparatus using the electric field responsive polymer according to claim 2, wherein the smoothing circuit that smoothes the output electrical energy output from the plurality of power generation unit units is the power generation unit. This problem is further solved by being provided between the discharge terminal of the unit and the step-down circuit of the voltage conversion unit.
なお、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弾性を有する薄い高分子(誘電体エラストマー)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。 The electric field responsive polymer in the present invention is a new material developed by SRI International based in California, USA, and is an elastic thin polymer (such as acrylic resin or silicone resin) ( It has a structure in which a dielectric elastomer) is sandwiched between flexible electrodes that can be expanded and contracted, and is commercially available under the trade name EPAM (Electroactive Polymer Artificial Muscle).
ここで、この電場応答性高分子が、発電する原理の概要について、図1及び図2に基づき説明する。 Here, an outline of the principle of power generation by the electric field responsive polymer will be described with reference to FIGS.
電場応答性高分子1は、2つの柔軟な電極1b、1c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1a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1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1aが厚さ方向に収縮し、その結果として、電場応答性高分子1が面方向に伸張する。
The electric field
一方、発電モードでは、図2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、電場応答性高分子1に波力、風力、水力や人的作用などの外部的圧力、伸張力を与えて、電場応答性高分子1を伸張させることにより発電する。
On the other hand, in the power generation mode, as shown in FIG. 2, the movement opposite to that of the actuation (drive) mode, that is, the electric field
これらのモードでは、電場応答性高分子1は、可変容量コンデンサーのように機能していると考えられる。電場応答性高分子1が何らかの力により伸張された際に発電の元となる微量の電荷を電場応答性高分子1に与える。この電荷は、電場応答性高分子1の高分子膜1a表面上に現れる。そして、この膜が弛緩する際、電場応答性高分子1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1aの弾性力により電荷を各電極1b、1cに向けて押し出し(収縮状態で高分子膜1aの厚さが増加)、また電極1b、1c上において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, the electric field
このような電荷の変化が電圧差を増加させ、その結果、静電エネルギー量が増加し、電気エネルギーとして外部の負荷に供給可能になり、電場応答性高分子が発電素子として機能する。 Such a change in charge increases the voltage difference. As a result, the amount of electrostatic energy is increased, and electric energy can be supplied to an external load, and the electric field responsive polymer functions as a power generation element.
本請求項1に係る発明によれば、ピストン軸の軸方向の運動を電場応答性高分子を変形させる力に変換すると共に、前記電場応答性高分子の変形状態を検出し、その変形状態に応じて電場応答性高分子への初期電気エネルギーの供給と電場応答性高分子からの出力電気エネルギーの出力との切換を行う発電ユニット部と、前記初期電気エネルギーを昇圧すると共に前記出力電気エネルギーを降圧する電圧変換部と、該電圧変換部への初期電気エネルギーの出力と前記電力変換部からの出力電気エネルギーの蓄電及び外部負荷への放電をする蓄電部とを具備した電場応答性高分子を用いた発電装置であって、前記発電ユニット部のピストン軸が、流体の運動エネルギーによって回転する回転軸の近傍に設置されると共に該回転軸に固設されたカムと当接することにより軸方向に運動するため、風車や水車などのゆっくりとした回転運動であっても電力を発電することができる。 According to the first aspect of the present invention, the axial movement of the piston shaft is converted into a force that deforms the electric field responsive polymer, and the deformation state of the electric field responsive polymer is detected, and the deformation state is detected. A power generation unit that switches between supply of initial electric energy to the electric field responsive polymer and output of electric electric energy from the electric field responsive polymer, and boosting the initial electric energy and reducing the output electric energy An electric field responsive polymer comprising: a voltage conversion unit that lowers voltage; and an output of initial electric energy to the voltage conversion unit, storage of output electric energy from the power conversion unit, and a storage unit that discharges to an external load. In the power generation apparatus used, the piston shaft of the power generation unit is installed in the vicinity of a rotating shaft that rotates by the kinetic energy of the fluid and is fixed to the rotating shaft. For axially moving by contact with, it can be a slow rotary motion, such as windmills or water wheels to generate power.
そして、本請求項2に係る発明によれば、請求項1に係る発明が奏する効果に相乗して、発電ユニット部が、回転軸を中心とする円周上に等角度間隔に複数配設されていることによって、回転軸が1回転する間に、配置した発電ユニット部の数に相当するのこぎり波形の電圧が出力されるため、風車や水車などのゆっくりとした回転運動であってもより大きな電力を発電することができる。
According to the invention of claim 2, in synergy with the effect of the invention of
また、本請求項3に係る発明によれば、請求項2に係る発明が奏する効果に相乗して、複数の発電ユニット部が出力する出力電気エネルギーを平滑する平滑回路部が、発電ユニット部の放電端子と電圧変換部の降圧回路との間に設けられていることにより、のこぎり波形が重畳された電圧波形の基準電圧を超える部分がカットされて基準電圧を下回る部分において放出されるため、出力電圧が直流に近づき、出力電気エネルギーの利用効率が向上すると共に直流駆動される様々な負荷に対する電力供給が可能になる。 In addition, according to the invention according to claim 3, in synergy with the effect of the invention according to claim 2, the smoothing circuit portion that smoothes the output electrical energy output from the plurality of power generation unit portions is the power generation unit portion. Since it is provided between the discharge terminal and the step-down circuit of the voltage converter, the portion exceeding the reference voltage of the voltage waveform on which the sawtooth waveform is superimposed is cut and released at the portion below the reference voltage. As the voltage approaches DC, the utilization efficiency of output electric energy is improved, and power can be supplied to various loads driven by DC.
本発明の電場応答性高分子を用いた発電装置は、ピストン軸の軸方向の運動を電場応答性高分子を変形させる力に変換すると共に、前記電場応答性高分子の変形状態を検出し、その変形状態に応じて電場応答性高分子への初期電気エネルギーの供給と電場応答性高分子からの出力電気エネルギーの出力との切換を行う発電ユニット部と、前記初期電気エネルギーを昇圧すると共に前記出力電気エネルギーを降圧する電圧変換部と、該電圧変換部への初期電気エネルギーの出力と前記電力変換部からの出力電気エネルギーの蓄電及び外部負荷への放電をする蓄電部とを具備しており、この発電ユニット部のピストン軸が、流体の運動エネルギーによって回転する回転軸の近傍に設置されると共にこの回転軸に固設されたカムと当接することにより軸方向に運動するものであって、センサーを用いたような複雑な変位検出回路を設けることなく電場応答性高分子を用いた発電装置を実現し、しかも、風力や水力などの緩やかな運動により電場応答性高分子を連続して変形させ、電気エネルギーを効率よく取り出すことができるものであれば、その具体的な実施の態様は、如何なるものであっても何ら構わない。 The power generation device using the electric field responsive polymer of the present invention converts the axial movement of the piston shaft into a force that deforms the electric field responsive polymer, and detects the deformation state of the electric field responsive polymer, A power generation unit that switches between supply of initial electric energy to the electric field responsive polymer and output of electric electric energy output from the electric field responsive polymer according to the deformation state, and boosts the initial electric energy and A voltage conversion unit for stepping down the output electric energy, and an electric storage unit that outputs initial electric energy to the voltage conversion unit, stores output electric energy from the power conversion unit, and discharges to an external load. The piston shaft of the power generation unit is installed in the vicinity of the rotating shaft that rotates by the kinetic energy of the fluid and comes into contact with a cam fixed to the rotating shaft. Realizes a power generation device that uses an electric field responsive polymer without a complicated displacement detection circuit that uses a sensor and that moves in the axial direction. As long as the electric field responsive polymer can be continuously deformed and the electric energy can be taken out efficiently, any specific embodiment may be used.
以下、本発明の一実施例である電場応答性高分子(以下、EPAMと称す)を用いた発電装置について図3乃至図8に基づいて説明する。 Hereinafter, a power generator using an electric field responsive polymer (hereinafter referred to as EPAM) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
ここで、図3は、本発明の実施例1であるEPAMを用いた発電装置の全体構成図であり、図4は、図3において符号10で示した発電ユニット部を拡大した断面図であり、図5は、図4に示した発電ユニット部10の主要構成部材であるEPAMカートリッジを拡大して示した断面図であり、図6は、図5に示したEPAMカートリッジの別の実施態様を示した断面図であり、図7は、発電ユニット部10に用いられる充放電端子の別の実施態様を示した側面図であり、図8は、図3に示したEPAMを用いた発電装置の具体的な回路構成図の一例である。なお、図4に示した発電ユニット10は、説明の都合上、図3に示した発電ユニット10とは天地を逆にすると共に、図3に示したEPAM12が、伸張状態であるのに対して、図4に示したEPAM12は、弛緩状態にあるものを示している。
Here, FIG. 3 is an overall configuration diagram of the power generation apparatus using the EPAM that is
まず、本発明の実施例1であるEPAMを用いた発電装置は、図3及び図4に示すようにピストン軸11の軸方向の運動をEPAM12を伸張させたり、弛緩させたりする力に変換すると共に、EPAM12の変形状態に応じてEPAM12への初期電気エネルギーの供給とEPAM12からの出力電気エネルギーの出力との切換を行う機能を兼ね備えた発電ユニット部10を有している。
First, the power generator using the EPAM according to the first embodiment of the present invention converts the axial movement of the
そして、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの蓄電池や大容量コンデンサなどからなる蓄電部30から出力される初期電気エネルギーが、電圧変換部20の昇圧回路22によって昇圧され、発電ユニット部10の底板10aに固着された銅板などからなる充電端子13とEPAMプラス端子16aが接触することにより、伸張状態にあるEPAM12に供給される。
Then, the initial electrical energy output from the
一方、ピストン軸11に加わる力が解消し、EPAM12が弛緩状態になるとEPAM12は、弾性力により、面積が小さい状態となる。その結果、発電ユニット部10の天板10bに固着された放電端子14とEPAMプラス端子16aが接触することにより、EPAM12により発生した出力電気エネルギーは、電圧変換部20の降圧回路24によって降圧され蓄電部30に蓄電され、必要に応じて外部負荷に放電される。
On the other hand, when the force applied to the
ピストン軸11には、押し板15が垂直に接合されており、このピストン軸11が、流体の運動エネルギーによって回転する回転軸17の近傍に設置されると共に、回転軸17に固設されたカム18と当接することにより軸方向に運動し、EPAM12を伸張させたり、弛緩させたりする。
A
ここで、図4及び図5に基づき発電ユニット部10の構造について、さらに詳しく説明する。発電ユニット部10は、略円形形状をしたEPAM12の高分子膜12aと、それに接合した柔軟なEPAMプラス電極膜12bとEPAMマイナス電極膜12cとが一体となって周辺サポート部材16cによって支持されているEPAMカートリッジ16を有している。この時、EPAMプラス電極膜12bとEPAMマイナス電極膜12cとは、偏心して高分子膜12aに接合されている。そして、周辺サポート部材16cの中心を挟んで対向する位置、すなわち1つの直径上の位置にEPAMプラス電極膜12bと導通するEPAMプラス電極16dとEPAMマイナス電極膜12cと導通するEPAMマイナス電極16eが設けられている。
Here, based on FIG.4 and FIG.5, the structure of the electric power
そして、EPAM12は、その中央において樹脂などの絶縁材料からなる中央サポート部材16bにより挟持され、その両外側に銅などの導電材料からなるEPAMプラス端子16aにより挟持され、導電材料からなる貫通ボルト16fにより、EPAMプラス端子16aと中央サポート部材16bとEPAM12が共締めされている。さらに、EPAMプラス電極16dとEPAMプラス端子16aとは、導線16gで接続されており、さらにEPAM12を挟持するように設けられた2つのEPAMプラス端子16aは、前述したように導電材料からなる貫通ボルト16fによって導通しているため、EPAMカートリッジ16の中央両面にEPAMプラス電極膜12bと導通しているEPAMプラス端子16aが配設される。このEPAMプラス端子16aが、発電ユニット部10の充電端子13あるいは放電端子14と接触することにより、EPAM12の変形状態に応じたEPAM12への初期電気エネルギーの供給とEPAM12からの出力電気エネルギーの出力との切換が行われる。
The
次に、図6に基づき、EPAMカートリッジの別の実施態様について説明する。なお、図6に示したEPAMカートリッジは、2つのEPAMを積層している点で図5に示したEPAMカートリッジ16と異なるだけであるので、対応する部材には同じ符号を付し、詳しい説明については省略する。このEPAMカートリッジ16は、2つのEPAMプラス電極膜12bが密着するように配設されている。そのためEPAMカートリッジ16の露出している電極膜は、両面ともマイナス電極膜となるため、感電やEPAMと発電ユニット部10の筐体との間で高電界による絶縁破壊(放電)が発生することを回避すると共に、2つのEPAMが並列接続されているため、出力電気エネルギーを増加させることができる。
Next, another embodiment of the EPAM cartridge will be described with reference to FIG. The EPAM cartridge shown in FIG. 6 is different from the
次に、図3及び図4に示した発電ユニット部10の充電端子13と放電端子14の別の実施態様について、図7に基づき説明する。充電端子13は、充電用接触板13aが発電ユニット部の底板10aにバネ部材13bを介して固着されている。同様に、放電端子14は、放電用接触板14aが発電ユニット部10の天板10bにバネ部材14bを介して固着されている。このような構造にすることによって、EPAMプラス端子16aと充電端子13及び放電端子14との衝撃的な接触を回避すると共に、EPAMプラス端子16aと充電端子13及び放電端子14との接触時間が長くなり、EPAMへの初期電気エネルギーの供給及びEPAMからの出力電気エネルギーの出力を安定且つ確実に行うことができる。
Next, another embodiment of the charging
実施例1を構成する昇圧回路22及び降圧回路24は、市販されている汎用の昇圧回路及び降圧回路を用いることができるが、図8にその具体的な回路構成の一例を図3に示した全体構成図と対応させて記載する。したがって、図3に示した構成と対応する構成については、同じ符号を付している。すなわち、図8の符号10を付したブロックは、発電ユニット部である。SW1は、図3におけるEPAMプラス端子16aと充電端子13に対応しており、ピストン軸11が押されてEPAM12が伸張状態にある時(すなわち、図3に示した状態)にONになり、ピストン軸11に加えられた力が解放された時にOFFになる。一方、SW2は、図3におけるEPAMプラス端子16aと放電端子14に対応しており、ピストン軸11に加えられた力が解放されてEPAM12が自身の弾性により完全に収縮状態にある時(すなわち、図4に示した状態)にONになり、ピストン軸11に力が加えられるとOFFになる。
As the
図8の符号22を付したブロックは、蓄電部30から得た低電圧の電気エネルギーを昇圧して、EPAM12に初期電気エネルギーとして供給するための昇圧回路である。図8に示した例では、トランジスタ、コンデンサ、コイル、変成器などから構成されたインバータ回路で一次昇圧を行い、その後、コンデンサとダイオードからなる多段倍圧整流回路によりインバータ回路の出力電圧を4倍にして発電ユニット部10に供給している。具体的には、蓄電部30から得た約3.5Vの電圧をインバータ回路で700〜800Vにし、さらに多段倍圧整流回路によって、その4倍の2800〜3200Vに昇圧して発電ユニット部10に供給している。また、符号24を付したブロックは、発電ユニット部10から出力される高電圧の出力電気エネルギーを降圧して、蓄電部30の蓄電池等を充電するのに適した低電圧にするための降圧回路である。ここでは、パルスジェネレータ、MOSFET、変成器などからなる降圧回路によって降圧している。
The block denoted by
次に、本発明の別の実施態様である実施例2について、図9乃至図12に基づき説明する。実施例2のEPAMを用いた発電装置は、実施例1において説明した発電ユニット部を4つ並列に配置したものであって、基本的な構成は、実施例1と同じであるので、全体構成図を示す図9及び発電ユニットの配置を示す図12においては、実施例1の全体構成図である図3に示したブロックと対応するブロックには、10倍した符号を付し、その詳しい説明については省略する。 Next, Example 2 which is another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The power generation device using the EPAM of the second embodiment is one in which the four power generation unit portions described in the first embodiment are arranged in parallel, and the basic configuration is the same as that of the first embodiment. In FIG. 9 showing the drawing and FIG. 12 showing the arrangement of the power generation units, the block corresponding to the block shown in FIG. Is omitted.
図9は、実施例2のEPAMを用いた発電装置の全体構成図である。この図から明らかなように、実施例2のEPAMを用いた発電装置は、4つの発電ユニット100a〜100dを並列に配置している。ここで、4つの発電ユニット100a〜100dを総称して発電ユニット部100と呼ぶ。これらの4つの発電ユニット100a〜100dは、図12に示すように、流体の運動エネルギーによって回転する回転軸170を中心とする円周上に90度間隔に配設されている。そして、回転軸170に固設されたカム180と各発電ユニット100a〜100dのピストン軸110a〜110dの先端に固設された押し板150a〜150dとが、回転軸170の回転に伴い順次当接し、各ピストン軸110a〜110dが順次軸方向に運動し、各発電ユニット100a〜100dから順次出力電気エネルギーが放出される。
FIG. 9 is an overall configuration diagram of a power generator using the EPAM of the second embodiment. As is clear from this figure, the power generation apparatus using the EPAM of Example 2 has four
その時の発電ユニット部100の出力波形を図10に示す。これは、回転軸170を1回転させた時に図9のA点において計測される出力波形を示している。この図から明らかなように発電ユニット100a〜100dから出力される最大波高値がV1である三角形状の出力波形が重畳して計測される。ここで、さらに図9に示すように発電ユニット部100の放電端子と電圧変換部200の降圧回路240との間にコンデンサなどから構成される平滑回路400を設けることにより、図11に示すように出力波形が平滑化され、波高値がV2で一定である出力電力が得られる。なお、実施例2では、発電ユニットの数を4つにしているが、必要に応じて発電ユニットの数を増やして高出力化を図ることも可能である。
The output waveform of the
本実施例のように複数の発電ユニットを設けた分散型発電構造を採用することで、流体から発生する運動エネルギーを効率よくEPAMに伝達することができ、連続した出力電気エネルギーが得られることにより安定した電力を供給することが可能になる。また、分散型発電構造を採用することで、メンテナンスなどを行う時に発電ユニット毎に作業が行え、発電運転時であっても運転を停止する必要がない。また、1つの発電ユニットが故障したとしても発電運転を停止することなく、発電運転を継続させながら、故障した発電ユニットの交換、修理を行うことができる。 By adopting a distributed power generation structure provided with a plurality of power generation units as in this embodiment, kinetic energy generated from fluid can be efficiently transmitted to EPAM, and continuous output electrical energy can be obtained. Stable power can be supplied. Further, by adopting a distributed power generation structure, work can be performed for each power generation unit when performing maintenance or the like, and it is not necessary to stop the operation even during power generation operation. Moreover, even if one power generation unit fails, the failed power generation unit can be replaced or repaired while continuing the power generation operation without stopping the power generation operation.
本発明のEPAMを用いた発電装置は、図13に示すように波力、水力、風力などの流体の運動エネルギーによって回転する回転軸の動きを、きわめて簡単な構成で、EPAMを変形させる力に変換することによって発電するものであって、地球温暖化の原因となるCO2の排出が皆無であり、従来型の発電機では発電が困難であったきわめて緩やかな流れの下水道や水路などにも適用可能である。さらに、小型軽量であるため、ポータブル装置として非常時の電力供給やアウトドアのレジャー用としても使用可能であるなど、その産業上の利用可能性はきわめて高い。 As shown in FIG. 13, the power generator using the EPAM according to the present invention converts the movement of the rotating shaft by the kinetic energy of fluid such as wave power, hydraulic power, wind power, etc. into a force that deforms the EPAM with a very simple configuration. It generates electricity by conversion, has no CO 2 emissions that cause global warming, and it is difficult to generate electricity with conventional generators. Applicable. Furthermore, because of its small size and light weight, it can be used as a portable device for emergency power supply and outdoor leisure use, and its industrial applicability is extremely high.
1 ・・・ 電場応答性高分子(EPAM)
1a ・・・(電場応答性高分子の)高分子膜
1b、1c ・・・(電場応答性高分子の)電極
10、100 ・・・ 発電ユニット部
10a ・・・(発電ユニット部の)底板
10b ・・・(発電ユニット部の)天板
11、110a〜110d ・・・ ピストン軸
12 ・・・ 電場応答性高分子(EPAM)
12a・・・ 高分子膜
12b・・・ EPAMプラス電極膜
12c・・・ EPAMマイナス電極膜
13 ・・・ 充電端子
13a・・・(充電端子の)充電用接触板
13b・・・(充電端子の)バネ部材
14 ・・・ 放電端子
14a・・・(放電端子の)放電用接触板
14b・・・(放電端子の)バネ部材
15、150a〜150d ・・・ 押し板
16 ・・・ EPAMカートリッジ
16a・・・(EPAMカートリッジの)EPAMプラス端子
16b・・・(EPAMカートリッジの)中央サポート部材
16c・・・(EPAMカートリッジの)周辺サポート部材
16d・・・(EPAMカートリッジの)EPAMプラス電極
16e・・・(EPAMカートリッジの)EPAMマイナス電極
16f・・・(EPAMカートリッジの)貫通ボルト
16g・・・(EPAMカートリッジの)導線
17、170 ・・・ 回転軸
18、180 ・・・ カム
20、200 ・・・ 電圧変換部
22、220 ・・・ 昇圧回路
24、240 ・・・ 降圧回路
30、300 ・・・ 蓄電部
400 ・・・ 平滑回路
1 ... Electric field responsive polymer (EPAM)
1a:
10, 100 ...
12a ...
14 ... discharge terminal 14a ... discharge
15, 150a-150d ... Push
Claims (3)
前記初期電気エネルギーを昇圧すると共に前記出力電気エネルギーを降圧する電圧変換部と、
該電力変換部への初期電気エネルギーの出力と前記電力変換部からの出力電気エネルギーの蓄電及び外部負荷への放電をする蓄電部とを具備した電場応答性高分子を用いた発電装置であって、
前記発電ユニット部のピストン軸が、流体の運動エネルギーによって回転する回転軸の近傍に設置されると共に該回転軸に固設されたカムと当接することにより軸方向に運動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。 The movement of the axial direction of the piston shaft is converted into a force that deforms the electric field responsive polymer, and the deformation state of the electric field responsive polymer is detected, and the initial electric to the electric field responsive polymer is detected according to the deformation state. A power generation unit that switches between the supply of energy and the output of electrical energy from the electric field responsive polymer;
A voltage converter that boosts the initial electrical energy and reduces the output electrical energy;
A power generator using an electric field responsive polymer comprising an output of initial electrical energy to the power conversion unit, a storage of output electrical energy from the power conversion unit, and a storage unit for discharging to an external load. ,
An electric field in which the piston shaft of the power generation unit is installed in the vicinity of a rotating shaft that rotates by the kinetic energy of the fluid and moves in the axial direction by contacting a cam fixed to the rotating shaft. Power generator using responsive polymer.
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2007
- 2007-12-25 JP JP2007332044A patent/JP2009159664A/en not_active Withdrawn
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