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技術 左右非対称静電力を駆動力とする電界駆動型静電機器

出願人 酒井捷夫
発明者 酒井捷夫
出願日 2018年9月14日 (2年3ヶ月経過) 出願番号 2018-171974
公開日 2020年3月19日 (9ヶ月経過) 公開番号 2020-043744
状態 未査定
技術分野 特殊な電動機、発電機
主要キーワード 保持円板 フレミング右手の法則 下水平板 左右非対称形状 駆動円板 縦平面 メッシュ図 上下ギャップ
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図面 (19)

課題

電界の方向に見て前後非対称形状導体たる電荷搬送体電荷注入し、当該電荷に作用する前後非対称静電力で当該電荷を高電位迄搬送する電界駆動型静電発電機では、当該電荷搬送体の搬送力も弱く、搬送電荷量も少ない為、その出力が小さかった。

解決手段

電界の方向に見て前後非対称な形状を有する帯電されていない導体を電磁場内で移動させ、以って、ローレンツ力によりその両端に異なる極性の電荷を集めると共に、当該両端相互に電荷の分布、及びそこに作用する各静電力を異なるものとし、当該各静電力の差に基づいて当該導体を電界方向に搬送し、搬送力を高める。

概要

背景

広く知られているように、発電機は、磁界内に置かれたコイルを回転させるタービン構造をしている。回転することにより、コイルを貫く磁力線の数が変化し、起電力が発生する。
コイルを回転させる機械力として、19世紀後半以降は、水力)を使用していたが、近年は、石炭石油液化ガス、並びに原子力高圧水蒸気を発生させ、使用している。風力で回転させることも盛んになってきた。

出願人は、かかる機械力に代え、その断面が、電界におけるその移動方向に直角な中心線に対し左右に非対称(又はその移動方向前後に非対称な)な形状を有する帯電されていない導体に作用する静電力で、当該導体を移動させ、コイルを回転する静電発電機を提案している(下記特許文献[1])。

出願人は、又、正逆連続電界において、帯電した非対称形状電荷搬送体に働く前後非対称静電力で当該電荷搬送体を機械的に搬送し、同時により高い電位に持ち上げる、いわゆる電界駆動型静電発電機も既に提案しており、ベンチモデルでの連続発電にも成功している(下記特許文献[2]乃至[4]、及び非特許文献[1]乃至[2])。
ここで、前後非対称静電力とは、その移動方向に見て、前後非対称形状を有する帯電した導体に作用する静電力(F)の絶対値が、移動する電界(E)の方向が正逆反転した時に、大きく変わる現象である。

従来、電界に置かれた電荷(q)に作用する静電力は、全て図1に示すクーロンの法則(F = DE)を用いて計算されている。
即ち、同図において、参照番号1は上電極、参照番号2は下電極、参照番号3は点電荷、参照番号4は、それに作用する静電力の向きと大きさ、参照番号5は電界(電気力線)、及び参照番号6は電界の反転を示している。
この場合、例えば、電界5の強さが106 V/mで、点電荷3の電荷量が10-7Cの時、電荷(q)に作用する静電力は0.100Nになる。電界の方向が反転した時、静電力の方向も反転するが、電荷(q)に作用するその静電力の絶対値は0.100Nであり、変わらない。
係る、クーロンの法則は、点電荷3又は点電荷とみなせる球形の帯電した導体にしか適用できない(非特許文献[3])。

つまり、非球形の帯電した導体に作用する静電力を求めるに当たっては、前記クーロンの法則ではその計算ができないので、(後段で詳述する)二次元差分法を使って、電界5の方向が反転する前後の静電力を求めた。
具体的には、図2に示すように、非球形の帯電した導体を、参照番号7で示す形状の樋型とし、その帯電量と電界5の強さを図1と同じとした。
その結果、電界5が反転すると、静電力の絶対値は、0.083Nから0.038Nへと大きく変わった。つまり、前後非対称静電力の存在を発見した。その際、相対的に静電力が大きくなる図2の左側部分の電界5を「順電界」、静電力が小さくなる右側部分の電界5を「逆電界」と定義した。
尚、この新現象は、シミュレーションのみならず、実験でも確認されている(非特許文献[4])。

ここで、当該前後非対称静電力が発生する原理を、図3を参照して簡単に説明する。同図において、参照番号7は、横向き樋型導体で、黒丸は、当該導体7に注入された電子である。参照番号5は、電界とその方向を示す。同図において、左側の非対称形状の導体7は左向きの電界にいるが、右側の非対称形状の導体7は右向きの電界にいる。参照番号4の矢印は、これら非対称形状の導体7に作用する静電力の大きさと方向を示している。
図の左側において、当該樋型導体7中の電子は、電界5に引かれて、右に移動し、その大多数は、当該樋型導体7の前方垂直板71の表面に集まる。
一方、電界5の向きが逆になると、電子は電界5に引かれて左に移動し、当該樋型導体7の後方下水平板72に至るが、その後方上下水平板72の各左端面は非常に狭いので、大多数の電子は上下水平板の表面に留まる。
ここで、導体の場合は、これら電子から正孔に向かって発する電気力線も、逆に、正孔から電子に入る電気力線も、その導体の表面に対して垂直になる。その結果、当該電子に作用する静電力の方向も、当該導体の表面に垂直になる。
つまり、図の左側では、樋型導体7に右向きに大きな静電力が働くが、図の右側では、当該樋型導体7に対し、上方向と下方向に、大きさの等しい静電力が働いて、互いに相殺し、水平方向には働く静電力はない。
即ち、電界5の方向が図示のように反転すると、当該樋型導体7に作用する水平方向の静電力4は、理論上、100%から概ね0%になる。つまり、当該樋型導体7に非対称静電力が発生している。
但し、実際には、図3に示した典型的な電荷分布にはならないため、電界の方向が反転した場合、当該非対称形状の樋型導体7には左方向にも静電力が働く。しかしながら、その場合でも、電界反転前の右方向の静電力より弱く、略、その半分程度である。

かかる前後非対称静電力を駆動力とする方式の静電発電機の基本原理は、従来の静電発電機(例えば、バンデグラーフ型)と同じである。
即ち、低電位(例えば、0V)で電荷(例えば、マイナス電荷を有する電子)を導電性の電荷搬送体に乗せ、正逆連続電界に於いて、電荷搬送体に作用する静電力に逆らって、当該電荷搬送体を高電位(例えば-1000V)迄搬送し、そこで搬送してきた、例えば、マイナス電荷を下ろすだけである。
両者の違いはその搬送力にあり、従来の静電発電機は機械力を使用するのに対して、本方式では前後非対称静電力を利用する。

つまり、バンデグラーフ型の静電発電機では、絶縁性ベルト上にコロナ放電によって電荷を載せ、当該ベルトをモーターで駆動し、100万ボルトの球形電極内に当該電荷を搬送し発電した。
これに対して、図5に示すような、正逆連続電界及び横向き樋型の導電性電荷搬送体11を用いて、当該電荷搬送体11に作用する前後非対称静電力を利用する電界駆動型静電発電機は、図4に示すように、電位0Vで、静電誘導によって帯電させた導電性電荷搬送体11を、先ず、順電界において強い静電力4で十分加速させたのち、逆電界に入れる。
このとき、逆電界では、当該電荷搬送体11に働く静電力4は弱いので、当該電荷搬送体11の電位が0Vに戻ったとき、当該電荷搬送体11には余剰運動エネルギーが残っている。この結果、当該電荷搬送体11は更に高い電位迄上ることができる。

尚、図5において、参照番号8は電荷注入電極を、参照番号9は高圧電極(例えば、エレクトレット(より高電位が必要な場合は、強誘電体及び電極高圧電源を組み合わせたもの))を、参照番号11は電荷搬送体を、参照番号10は電荷回収電極を、参照番号12は電荷回収電極10に接続されたコンデンサーを、参照番号13は、各電極8及び10並びにエレクトレット9を支持する(上下一対の)絶縁性支持体を示している。
尚、参照番号4及び5は、図1及び図2と同じく、電荷搬送体に加わる静電力と電界(電気力線)を示している。
エレクトレット9は、例えば、0.1mC/m2 の表面電荷密度を有し、その電位は、例えば、+2000Vである。一方、電荷注入電極8の電位は0Vで、電荷回収電極の電位は、例えば、-200Vである。
この結果、電荷注入電極8とエレクトレット9の間には、負帯電で非対称形状の電荷搬送体11に対して順電界が形成される。一方、エレクトレット9と電荷回収電極10の間には、同電荷搬送体11に対して逆電界が形成される。

同電荷搬送体11は、図示する様に、横向きにした樋型であるから、その移動方向に沿ったその縦断面は、電界5の方向、又は電荷搬送体11の移動方向に直角な中央垂線に対し、左右非対称形(以下、前後非対称形状という)である。
当該電荷搬送体11は、軽い導体、例えばアルミニゥムで形成されていて、例えば、図7に示す絶縁性の電荷搬送体を保持する板状の保持部材14に支持されている。その結果、電気的にフロートである。
よって、当該電荷搬送体11は、前後非対称静電力4で駆動され、図中、左から右に移動して、電荷注入電極8、エレクトレット9、及び電荷回収電極10を順次通り抜ける。
当該電荷搬送体11が、上下一対の電荷注入電極8を抜ける時、電荷注入電極8に設けられた、図示しないアルミフォイル導電糸等の導電性端子が、当該電荷搬送体11に接触して離れる際、静電誘導によって、当該電荷搬送体11に電荷が注入される。
又、当該電荷搬送体11が(上下一対の)電荷回収電極10に奥深く入ったとき、当該電荷回収電極10に設けられた搬送電回収用の導電性端子(不図示)が接触して、当該電荷搬送体11が有する電荷は回収される。

上記の通り、当該電荷搬送体11が受ける静電力4の強さは、順電界では大きく、逆電界では小さい。そこで、電界駆動型静電発電機では、かかる静電力4の差を、当該電荷搬送体11の駆動力として使用する。
即ち、順電界においては強い静電力によって電荷搬送体11を加速運動させ、電荷搬送体11が逆電界に入り減速運動になっても、それが受ける力は弱いので、十分な速度を持って電荷回収電極10に到達する。
そして、電界駆動型静電発電機のベンチモデルにおいて、実際に連続発電できることが確認されている(非特許文献「2」)。

しかしながら、帯電されていない非対称形状の導体に作用する静電力でコイルを回転させるためには、高電位が必要であり、エレクトレットでその高電位を得ることは困難であった。
一方、帯電した非対称形状に作用する前後非対称静電力は、既存のエレクトレットの電位で得られるが、前記したバンデンベルグの機械力に比較すると、非常に弱く、コイル等発電体高速で移動し、回転させることは困難であった。又、帯電した非対称形状の電荷搬送体を前後非対称静電力で駆動する電界駆動型静電発電機は、1回に搬送できる電荷量が非常に少ない為、高出力の獲得が難しい。

概要

電界の方向に見て前後非対称形状の導体たる電荷搬送体に電荷を注入し、当該電荷に作用する前後非対称静電力で当該電荷を高電位迄搬送する電界駆動型静電発電機では、当該電荷搬送体の搬送力も弱く、搬送電荷量も少ない為、その出力が小さかった。電界の方向に見て前後非対称な形状を有する帯電されていない導体を電磁場内で移動させ、以って、ローレンツ力によりその両端に異なる極性の電荷を集めると共に、当該両端相互に電荷の分布、及びそこに作用する各静電力を異なるものとし、当該各静電力の差に基づいて当該導体を電界方向に搬送し、搬送力を高める。

目的

効果

実績

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請求項1

正逆両方向に形成された1以上の連続電界と、当該連続電界に垂直な磁界とを重畳して電磁場を形成し、その移動方向と直角な水平方向に一定の幅を有し、当該移動方向に沿ったその垂直断面が、当該移動方向に見て前後非対称な形状を有する1以上の導体を、当該電磁場において移動させる静電力応用機器であって、正方向の電界部分の電磁場においては、ローレンツ力によって、互いに異なる極性電荷を前記1以上の各導体の幅方向両端部に夫々振り分けるとともに、前記前後非対称な形状及び当該電界の方向に基づいて、前記振り分けられた電荷を当該幅方向両端部において夫々で分布させることで、前記1以上の導体の移動方向に見て左右非対称となる第一の電荷分布を形成し、当該第一の電荷分布に基づきその一端部に生じる正方向の静電力の絶対値が、他端部に生じる逆方向の静電力の絶対値より大きいものとすることで前記1以上の各導体を正方向に加速し、逆方向の電界部分の電磁場においては、引き続き、ローレンツ力によって、互いに異なる極性の電荷を、前記1以上の各導体の幅方向両端部に夫々振り分けるとともに、前記前後非対称な形状及び当該電界の方向に基づいて、前記振り分けられた電荷を当該幅方向両端部において夫々で分布させることで、前記1以上の導体の移動方向に見て左右非対称となり、且つ前記第一の電荷分布と異なる第二の電荷分布を形成し、当該第二の電荷分布に基づき前記一端部に生じる逆方向の静電力の絶対値が、前記他端部に生じる正方向の静電力の絶対値より小さいものとして前記1以上の各導体を引き続き正方向に加速する静電力応用機器。

請求項2

請求項1において、前記静電力応用機器は静電発電機であって、当該静電発電機は、更に、前記連続電界に隣接した領域であって、前記1以上の導体の移動方向下流側に磁界を有し、1以上の加速された導体が当該磁界を横切ることで発電するものである静電力応用機器。

請求項3

請求項2において、前記静電発電機は、前記1以上の加速された導体が前記磁界を横切る際、当該1以上の導体の両端に振り分け集められた正負各電荷を回収して発電するものである静電力応用機器。

請求項4

請求項2において、前記静電発電機は、2以上の前記導体を並置した回転体を有し、当該回転体を前記電磁場内で回転させ、各導体から前記正負の電荷を連続的に回収して発電するものである静電力応用機器。

請求項5

請求項1において、前記1以上の導体に1以上のコイルを連結し、当該コイルの移動によって発電する静電発電機である静電力応用機器。

請求項6

請求項1において、前記静電力応用機器は静電発電機であって、2以上の前記連続電界が円周方向に形成され、2以上の前記導体が、前記連続電界と同軸上で回転する円板上において放射状に並置され、当該2以上の導体が前記2以上の連続電界を、前記2つの正方向の静電力で回転する静電モーターと、前記回転軸と同軸であって、磁場及び当該磁場を回転するコイルを有するコイル回転体ユニットとからなり、前記静電モータ−の回転によって、前記コイルを回転させ、発電するものである静電力応用機器。

請求項7

請求項1の静電力応用機器は、静電モーターであって、前記前後非対称形状の導体を放射状に配置した回転体を、前記二つの正方向の静電力で加速し、回転させる静電モーター。

請求項8

請求項1において、前記静電力応用機器は加速機であって、円周方向に2以上の前記連続電界を形成し、2以上の前記導体が、前記2以上の連続電界と同軸上で回転する円板上において放射状に並置され、飛翔体を、当該円板上に一時的に固定し、前記回転円板が所定の回転速度に達した時、前記飛翔体の一時的固定を解除して前記円板から飛翔させるものである静電力応用機器。

請求項9

電極間で正逆連続電界を形成する高電位電極とその両側に夫々配置された二つの低電位電極と、当該正逆連続電界の方向に対し垂直な磁界を形成する互いに異なる極性を有する一組の対向磁石と、その移動方向に沿った垂直断面が、当該移動方向に見て、前後非対称な形状を有し、前記磁界を略直角に横切りながら、前記正逆連続電界を一方向に移動する導体とで構成される静電力応用機器。

請求項10

正逆連続電界からなる前段加速領域と、当該正逆連続電界の方向に対し、直角となる磁場で構成され、当該前段に続く後段発電領域と、当該加速領域及び当該発電領域を移送され、当該移送方向に対し直角な水平方向に一定の幅を有し、その移送方向に沿った垂直断面が、移送方向に見て前後非対称である導体とからなる静電発電機であって、前記正逆連続電界に於いては、前記導体は帯電され、前記前後非対称な形状に基づき生ずる非対称静電力によって当該導体を一方向に移送し、前記発電領域においては、ローレンツ力により前記導体の両端に移動させた正負の各電荷を夫々回収して発電する静電発電機。

技術分野

0001

本発明は、従来の前後非対称静電力、及び又は新たに発見された左右非対称静電力を駆動力として使用する電界駆動型静電機器に関するものである。

背景技術

0002

広く知られているように、発電機は、磁界内に置かれたコイルを回転させるタービン構造をしている。回転することにより、コイルを貫く磁力線の数が変化し、起電力が発生する。
コイルを回転させる機械力として、19世紀後半以降は、水力)を使用していたが、近年は、石炭石油液化ガス、並びに原子力高圧水蒸気を発生させ、使用している。風力で回転させることも盛んになってきた。

0003

出願人は、かかる機械力に代え、その断面が、電界におけるその移動方向に直角な中心線に対し左右に非対称(又はその移動方向前後に非対称な)な形状を有する帯電されていない導体に作用する静電力で、当該導体を移動させ、コイルを回転する静電発電機を提案している(下記特許文献[1])。

出願人は、又、正逆連続電界において、帯電した非対称形状電荷搬送体に働く前後非対称静電力で当該電荷搬送体を機械的に搬送し、同時により高い電位に持ち上げる、いわゆる電界駆動型静電発電機も既に提案しており、ベンチモデルでの連続発電にも成功している(下記特許文献[2]乃至[4]、及び非特許文献[1]乃至[2])。
ここで、前後非対称静電力とは、その移動方向に見て、前後非対称形状を有する帯電した導体に作用する静電力(F)の絶対値が、移動する電界(E)の方向が正逆反転した時に、大きく変わる現象である。

0004

従来、電界に置かれた電荷(q)に作用する静電力は、全て図1に示すクーロンの法則(F = DE)を用いて計算されている。
即ち、同図において、参照番号1は上電極、参照番号2は下電極、参照番号3は点電荷、参照番号4は、それに作用する静電力の向きと大きさ、参照番号5は電界(電気力線)、及び参照番号6は電界の反転を示している。
この場合、例えば、電界5の強さが106 V/mで、点電荷3の電荷量が10-7Cの時、電荷(q)に作用する静電力は0.100Nになる。電界の方向が反転した時、静電力の方向も反転するが、電荷(q)に作用するその静電力の絶対値は0.100Nであり、変わらない。
係る、クーロンの法則は、点電荷3又は点電荷とみなせる球形の帯電した導体にしか適用できない(非特許文献[3])。

0005

つまり、非球形の帯電した導体に作用する静電力を求めるに当たっては、前記クーロンの法則ではその計算ができないので、(後段で詳述する)二次元差分法を使って、電界5の方向が反転する前後の静電力を求めた。
具体的には、図2に示すように、非球形の帯電した導体を、参照番号7で示す形状の樋型とし、その帯電量と電界5の強さを図1と同じとした。
その結果、電界5が反転すると、静電力の絶対値は、0.083Nから0.038Nへと大きく変わった。つまり、前後非対称静電力の存在を発見した。その際、相対的に静電力が大きくなる図2の左側部分の電界5を「順電界」、静電力が小さくなる右側部分の電界5を「逆電界」と定義した。
尚、この新現象は、シミュレーションのみならず、実験でも確認されている(非特許文献[4])。

0006

ここで、当該前後非対称静電力が発生する原理を、図3を参照して簡単に説明する。同図において、参照番号7は、横向き樋型導体で、黒丸は、当該導体7に注入された電子である。参照番号5は、電界とその方向を示す。同図において、左側の非対称形状の導体7は左向きの電界にいるが、右側の非対称形状の導体7は右向きの電界にいる。参照番号4の矢印は、これら非対称形状の導体7に作用する静電力の大きさと方向を示している。
図の左側において、当該樋型導体7中の電子は、電界5に引かれて、右に移動し、その大多数は、当該樋型導体7の前方垂直板71の表面に集まる。
一方、電界5の向きが逆になると、電子は電界5に引かれて左に移動し、当該樋型導体7の後方下水平板72に至るが、その後方上下水平板72の各左端面は非常に狭いので、大多数の電子は上下水平板の表面に留まる。
ここで、導体の場合は、これら電子から正孔に向かって発する電気力線も、逆に、正孔から電子に入る電気力線も、その導体の表面に対して垂直になる。その結果、当該電子に作用する静電力の方向も、当該導体の表面に垂直になる。
つまり、図の左側では、樋型導体7に右向きに大きな静電力が働くが、図の右側では、当該樋型導体7に対し、上方向と下方向に、大きさの等しい静電力が働いて、互いに相殺し、水平方向には働く静電力はない。
即ち、電界5の方向が図示のように反転すると、当該樋型導体7に作用する水平方向の静電力4は、理論上、100%から概ね0%になる。つまり、当該樋型導体7に非対称静電力が発生している。
但し、実際には、図3に示した典型的な電荷分布にはならないため、電界の方向が反転した場合、当該非対称形状の樋型導体7には左方向にも静電力が働く。しかしながら、その場合でも、電界反転前の右方向の静電力より弱く、略、その半分程度である。

0007

かかる前後非対称静電力を駆動力とする方式の静電発電機の基本原理は、従来の静電発電機(例えば、バンデグラーフ型)と同じである。
即ち、低電位(例えば、0V)で電荷(例えば、マイナス電荷を有する電子)を導電性の電荷搬送体に乗せ、正逆連続電界に於いて、電荷搬送体に作用する静電力に逆らって、当該電荷搬送体を高電位(例えば-1000V)迄搬送し、そこで搬送してきた、例えば、マイナス電荷を下ろすだけである。
両者の違いはその搬送力にあり、従来の静電発電機は機械力を使用するのに対して、本方式では前後非対称静電力を利用する。

0008

つまり、バンデグラーフ型の静電発電機では、絶縁性ベルト上にコロナ放電によって電荷を載せ、当該ベルトをモーターで駆動し、100万ボルトの球形電極内に当該電荷を搬送し発電した。
これに対して、図5に示すような、正逆連続電界及び横向き樋型の導電性電荷搬送体11を用いて、当該電荷搬送体11に作用する前後非対称静電力を利用する電界駆動型静電発電機は、図4に示すように、電位0Vで、静電誘導によって帯電させた導電性電荷搬送体11を、先ず、順電界において強い静電力4で十分加速させたのち、逆電界に入れる。
このとき、逆電界では、当該電荷搬送体11に働く静電力4は弱いので、当該電荷搬送体11の電位が0Vに戻ったとき、当該電荷搬送体11には余剰運動エネルギーが残っている。この結果、当該電荷搬送体11は更に高い電位迄上ることができる。

0009

尚、図5において、参照番号8は電荷注入電極を、参照番号9は高圧電極(例えば、エレクトレット(より高電位が必要な場合は、強誘電体及び電極高圧電源を組み合わせたもの))を、参照番号11は電荷搬送体を、参照番号10は電荷回収電極を、参照番号12は電荷回収電極10に接続されたコンデンサーを、参照番号13は、各電極8及び10並びにエレクトレット9を支持する(上下一対の)絶縁性支持体を示している。
尚、参照番号4及び5は、図1及び図2と同じく、電荷搬送体に加わる静電力と電界(電気力線)を示している。
エレクトレット9は、例えば、0.1mC/m2 の表面電荷密度を有し、その電位は、例えば、+2000Vである。一方、電荷注入電極8の電位は0Vで、電荷回収電極の電位は、例えば、-200Vである。
この結果、電荷注入電極8とエレクトレット9の間には、負帯電で非対称形状の電荷搬送体11に対して順電界が形成される。一方、エレクトレット9と電荷回収電極10の間には、同電荷搬送体11に対して逆電界が形成される。

0010

同電荷搬送体11は、図示する様に、横向きにした樋型であるから、その移動方向に沿ったその縦断面は、電界5の方向、又は電荷搬送体11の移動方向に直角な中央垂線に対し、左右非対称形(以下、前後非対称形状という)である。
当該電荷搬送体11は、軽い導体、例えばアルミニゥムで形成されていて、例えば、図7に示す絶縁性の電荷搬送体を保持する板状の保持部材14に支持されている。その結果、電気的にフロートである。
よって、当該電荷搬送体11は、前後非対称静電力4で駆動され、図中、左から右に移動して、電荷注入電極8、エレクトレット9、及び電荷回収電極10を順次通り抜ける。
当該電荷搬送体11が、上下一対の電荷注入電極8を抜ける時、電荷注入電極8に設けられた、図示しないアルミフォイル導電糸等の導電性端子が、当該電荷搬送体11に接触して離れる際、静電誘導によって、当該電荷搬送体11に電荷が注入される。
又、当該電荷搬送体11が(上下一対の)電荷回収電極10に奥深く入ったとき、当該電荷回収電極10に設けられた搬送電回収用の導電性端子(不図示)が接触して、当該電荷搬送体11が有する電荷は回収される。

0011

上記の通り、当該電荷搬送体11が受ける静電力4の強さは、順電界では大きく、逆電界では小さい。そこで、電界駆動型静電発電機では、かかる静電力4の差を、当該電荷搬送体11の駆動力として使用する。
即ち、順電界においては強い静電力によって電荷搬送体11を加速運動させ、電荷搬送体11が逆電界に入り減速運動になっても、それが受ける力は弱いので、十分な速度を持って電荷回収電極10に到達する。
そして、電界駆動型静電発電機のベンチモデルにおいて、実際に連続発電できることが確認されている(非特許文献「2」)。

0012

しかしながら、帯電されていない非対称形状の導体に作用する静電力でコイルを回転させるためには、高電位が必要であり、エレクトレットでその高電位を得ることは困難であった。
一方、帯電した非対称形状に作用する前後非対称静電力は、既存のエレクトレットの電位で得られるが、前記したバンデンベルグの機械力に比較すると、非常に弱く、コイル等発電体高速で移動し、回転させることは困難であった。又、帯電した非対称形状の電荷搬送体を前後非対称静電力で駆動する電界駆動型静電発電機は、1回に搬送できる電荷量が非常に少ない為、高出力の獲得が難しい。

0013

[特許文献1] 特開2013-238530号公報
[特許文献2] 特許第6136050号公報
[特許文献3] 特許第6286767号公報
[特許文献4] 特開2018-029425号公報

先行技術

0014

[非特許文献1][Asymmetric Electrostatic Forces and a New Electrostatic Generator], Nova Science Publishers, New York, 2010
[非特許文献2]2017年米国静電気学年次大会予稿集A-3
[非特許文献3]「物理学基礎電磁気学」、ハリディレスニックウォーカー共著、野崎光昭監訳、培風
[非特許文献4][Asymmetric Electrostatic Force], K. Sakai, Journal of Electromagnetic Analysis and Applications, Scientific Research
[非特許文献5] 「「場」とはなんだろう」、内薫、講談社
[非特許文献6] [The Electric Field Energy of an Electret], K. Sakai、Global Journal of Science Frontier Research A, Global Journals Inc.

発明が解決しようとする課題

0015

本発明が解決しようとする先行技術の問題点は、前後非対称静電力が弱いこと、及び前後非対称静電力を駆動力とする電界駆動型静電発電機の出力が少ないことである。

課題を解決する為の手段

0016

本発明は、電界により被加速発電体を加速し、磁界に入れ、ローレンツ力で発電させることを最も主要な特徴とする。

発明の効果

0017

本発明の一実施例の前後非対称静電力を駆動力とする電界駆動型発電機によれば、得られる電流は大幅に増加する。又、左右非対称静電力を使用する各種静電力応用機器は、従来の静電機器よりも優れた性能を有する。

図面の簡単な説明

0018

図1はクーロンの法則を説明する模式図である。
図2は、横向き樋型導体を用いた、いわゆる前後非対称静電力を説明する模式図である。
図3は、横向き樋型導体を用いた、前後非対称静電力の発生原理を説明する模式図である。
図4は、バンデグラーフ型静電発電機と、前後非対称静電力を駆動力とする電界駆動型静電発電機の各原理及び電位-位置特性を示す模式図である。
図5は、前後非対称静電力を駆動力とする電界駆動型静電発電機の基本ユニットの縦断面図である。
図6はローレンツ力を示す模式図である。
図7は、加速領域発電領域を有し、前後非対称静電力で、横向き樋型導体である電荷搬送体(以下、単に電荷搬送体という)を加速する本発明の実施例にかかる電界駆動型静電発電機の正面及び平面略図である。
図8は、いわゆる左右非対称静電力の発生原理を示す模式図で、磁界を垂直に横切って、電界を電界の方向に移動する、帯電されていない樋型導体中の電荷分布を示している。
図9は、加速領域と発電領域を有し、左右非対称静電力によって横向き樋型導体である被加速発電体(以下、単に被加速発電体という)を加速する本発明の一実施例にかかる電界駆動型静電発電機の正面略図である。
図10は、ベルト上に複数の被加速発電体を載せ、加速領域と発電領域を循環させる左右非対称静電力駆動ベルト型の静電発電機の正面略図である。
図11は、円板上に複数の被加速発電体を載せ、加速領域と発電領域を循環させる左右非対称静電力駆動円板型の静電発電機の斜視図である。
図12は、円板上に複数の被加速発電体を載せ、加速領域と発電領域を循環させる左右非対称静電力駆動円板型の静電発電機の正面略図である。
図13は、積層した各円板上に複数の被加速発電体を放射状に載せ、加速領域と発電領域を循環させる左右非対称静電力駆動円板積層型の静電発電機の正面略図である。
図14は、ローレンツ力によって被加速発電体の端部に集積した電荷に作用する静電力を、二次元差分法でシミュレーションする際に用いるメッシュ図である。
図15は、既存の発電機のコイルに、複数の、横向き樋型導体である被加速体(以下、単に被加速体という)を固定し、磁界内を当該被加速体が移動することによって生じる左右非対称静電力によってコイルを回転させる静電発電機の正面略図である。
図16は、既存のコイル回転型発電機と全領域を加速領域とする左右非対称静電力によって駆動される加速器(モーター)を同軸に接続して、当該コイル回転型発電機内のコイルを回転させる静電発電機の斜視図である。
図17は、上下の各固定電極円板上に、複数の左右接地電極とエレクトレットを放射状に順次配置して、全領域を加速領域とした加速器の斜視図である。
図18は、上下の各固定電極円板上に、複数の左右接地電極とエレクトレットを放射状に順次配置して全領域を加速領域とした加速器において、被加速体を保持する円板状の保持部材上に、飛翔体分離可能に取り付け、高速回転時に切り離すことができる加速器の斜視図である。

発明を実施する為の形態

0019

本発明は、正逆両方向に形成された1以上の連続電界と、当該連続電界に垂直な磁界とを重畳して電磁場を形成し、その移動方向と直角な水平方向に一定の幅を有し、当該移動方向に沿ったその垂直断面が、当該移動方向に見て前後非対称な形状を有する1以上の導体を、当該電磁場において移動させる静電力応用機器であって、正方向の電界部分の電磁場においては、ローレンツ力によって、互いに異なる極性の電荷を前記1以上の各導体の幅方向両端部に夫々振り分けるとともに、前記前後非対称な形状及び当該電界の方向に基づいて、前記振り分けられた電荷を当該幅方向両端部において夫々で分布させることで、前記1以上の導体の移動方向に見て左右非対称となる第一の電荷分布を形成し、当該第一の電荷分布に基づきその一端部に生じる正方向の静電力の絶対値が、他端部に生じる逆方向の静電力の絶対値より大きいものとすることで前記1以上の各導体を正方向に加速する。
又、逆方向の電界部分の電磁場においては、引き続き、ローレンツ力によって、互いに異なる極性の電荷を、前記1以上の各導体の幅方向両端部に夫々振り分けるとともに、前記前後非対称な形状及び当該電界の方向に基づいて、前記振り分けられた電荷を当該幅方向両端部において夫々で分布させることで、前記1以上の導体の移動方向に見て左右非対称となり、且つ前記第一の電荷分布と異なる第二の電荷分布を形成し、当該第二の電荷分布に基づき前記一端部に生じる逆方向の静電力の絶対値が、前記他端部に生じる正方向の静電力の絶対値より小さいものとして前記1以上の各導体を引き続き正方向に加速する静電力応用機器からなる。

0020

以下、ローレンツ力を使用し、前後非対称静電力を駆動力とする、実施例1の電界駆動型静電発電機の基本原理等を説明する。
ローレンツ力とは、図6(a)のXY座標に示されるように、Y方向の矢印で示す磁界で、導体(灰色丸棒)をX方向に移動させると、図6(b)のYZ座標に示されるように、当該導体中の自由電子(黒丸)が-Z方向に移動するよう、当該自由電子に働く力である。
本実施例の装置は、図7上側の正面図及び下側の平面図で示すように、導体たる電荷搬送体11を加速する加速領域(各図で回収電極10の左側)と、加速後の発電部分(各図で回収電極10の右側)で構成されている。
当該導体たる電荷搬送体11の形状は、いわゆる前後非対称で、例えば、図のように断面が左辺開放の樋型をしている。
加速領域は、電荷注入電極8と高電位のエレクトレット9と電荷回収電極10で構成され、両電極8、10は接地されている。
拠って、電荷注入された電荷搬送体11は、それに働く前後非対称静電力によって、前記電荷注入電極8、エレクトレット9、及び電荷回収電極10の順に、加速領域である正逆電界を強く加速され、その後弱く減速されて通過する。
此処で、電荷回収電極10を接地せず、コンデンサーに繋いで電荷を蓄積し発電させても良いが、当該コンデンサーの電位が上がると、当該エレクトレット9と電荷回収電極10間における逆電界で、-X方向の静電力が強まり、当該電荷搬送体11を加速する力が低下するので、前記コンデンサーにつながず、本実施例のように接地するのがよい。
尚、図示するように、前記両電極8、10とエレクトレット9は、上部電極板13と下部電極板15に固定され保持されている。そして、これら上部電極板13と下部電極板15の間を、前記複数の電荷搬送体11を載せた電荷搬送体支持板14が、左から右に移動するように構成されている。

0021

一方、前記発電部分では、電荷搬送体11の通路を挟んで、上下に、一対となる磁性体17が固定されていて、通過する電荷搬送体11に磁力線を当て、当該電荷搬送体11中の自由電子を-Z方向(図6参照)に移動させる。
又、電荷搬送体11の通路を挟んで、Z方向両側(図7手前側と奥側)に、一対の発電部電荷回収電極18があり、例えば、その両者間に抵抗Rが接続されている。
又、当該電荷搬送体11のZ方向の両端には、夫々、一対のアルミフォイル、導電糸等の電荷接続子27が付属していて、当該電荷搬送体11と各発電部電荷回収電極18を電気的に接続している。

0022

以上の構成により、電荷注入電極8から静電誘導で電荷を注入され、前記エレクトレット9迄の順電界で、強い静電力4で加速された樋型電荷搬送体11は、前記エレクトレット9後の逆電界で、弱い静電力で減速されるが、十分な運動エネルギーを残して、前記発電領域に入り、Y方向の強い磁界を直角に横切ってX方向に進む。
このとき、電荷搬送体11中の、自由電子には、Z方向のローレンツ力が働き、その結果、正負電荷(自由電子と正孔)は、互いに逆方向に移動して、上記電荷接続子を通って、上記抵抗Rを流れる。

0023

この時、移動速度v、長さlの電荷搬送体11が、磁束密度Bの発電領域に入ったとき、ローレンツ力によって、その両端に移動させられた異なる極性の電荷によって生じる起電力Vは、次式で計算される。

拠って、移動速度v=1.0m/s、長さl=50mmの電荷保持搬送体11が、磁束密度B=1.0Wb/m2の磁界を通過する場合、起電力Vは、V=1.0X0.05X1.0=0.05 [V] となる。
そして、当該電荷搬送体11を、Z方向両側に別々に配置された電荷回収電極18の夫々に電気的に接触させ、当該電荷回収電極18間に置いた抵抗Rに通電する場合、当該抵抗Rを1Ωとすると、流れる電流は0.05[A]となる、
即ち、電位は低いが、電流については、前記発電部を持たない同規模の前後非対称静電力を利用する電界駆動型静電発電機で得た20[nA]と比較すると、6桁以上も大きい。
詰り、静電誘導で電荷搬送体11に載せた電荷を、少しづつ電荷注入電極8から、電荷回収電極10迄、前後非対称静電力で運んで降ろすよりも、導体中に無数に存在する自由電子を、ローレンツ力によって一気集団移動させ、それを回収する方が、遥かに効率が良いことがわかる。

0024

上記起電力Vを高める為には、電荷搬送体11の速度vを上げる必要がある。その為には、電荷搬送体11を加速する前後非対称静電力4を強くする必要がある。
この場合、当該前後非対称静電力4は、注入された電荷量に比例するので、注入電荷量を増やせば良いが、技術的に困難がある。
所で、通常、導体中には無限の自由電子と同数の正孔が存在するが、この導体を電界に置いても、当該導体に静電力が加わることはない。同じ強さの逆方向の静電力が加わって、相殺してゼロになっていると考えられるからである。
一方、前記前後非対称静電力を利用する第一実施例では、加速域で注入された、言わば、余分な電荷に静電力が作用している。即ち、正孔より多い電子に静電力が作用した。かかる第一実施例では、前記電荷搬送体11が前記電荷回収電極10に電荷を放出し、無帯電となった後、当該電荷搬送体11が、発電領域、即ち、磁界内に入った時、ローレンツ力により、フレミング右手の法則によって、電子は、電荷搬送体11の奥側(図8で+Z方向)、正孔は手前側(同-Z方向)に集まった。
このとき、電荷搬送体11の縦断面形状が、電界の方向に垂直なその中心線に対し、左右に(又は移動方向前後に)対称ならば、電荷搬送体11の左右に作用する静電力の絶対値は等しく、相殺してゼロになる。

0025

しかしながら、電荷搬送体11の(縦断面)形状が、上記の通り、その垂直中心線に対し左右非対称、例えば、図8に示すように横向き樋型であり、その結果、前記電荷搬送体11の左右に作用する静電力の絶対値は異なり、相殺してゼロにならない。
即ち、図8において、記号11は電荷搬送体を、黒丸は前記電子を、白丸は前記正孔を示し、太線の矢印Vは電荷搬送体11の移動方向を、細線の矢印は磁界の方向を、点線の矢印は電界の方向を夫々示しているが、この場合、図示するように、電子はローレンツ力で、同面右側に移動し、さらに電界に引かれてその縦平面に集まる。
一方、正孔はローレンツ力で図面左側に移動し、さらに電界に引かれてその上下横平面に集まる。即ち、図示するように、当該電荷搬送体11の幅方向左端部と右端部では、電荷分布が大きく異なる。
この結果、図3を参照して説明した、前記前後非対称静電力の発生と同様に、電子を担持する同図右端部には、+X方向に強い静電力が働き、正孔を担持する左端部には、−X方向に弱い静電力が働く。詰り、電荷搬送体11の進行又は移動方向(速度v)に見て、左右非対称な静電力(以下、左右非対称静電力という)が生じている。
よって、円板状の保持部材14に固定された電荷搬送体11が剛体であれば、当該電荷搬送体11は、左右の静電力の差で、+X方向に加速される。

0026

そこで、図9に示す実施例2では、実施例1で利用した帯電した電荷搬送体11に作用した前後非対称静電力に替え、帯電されていない、いわゆる被加速発電体110に作用する上記左右非対称静電力を加速領域で使用する。
この場合、ローレンツ力によって被加速発電体110の両端に寄せられる電荷量は、注入電荷量より大きい場合は、左右非対称静電力の強さは、前後非対称静電力よりも強い。
更に、前後非対称静電力では、順電界で加速され、逆電界で減速されていたが、左右非対称静電力では、順電界のみならず、逆電界でも加速される。
即ち、逆電界(エレクトレット9と右側電極82間)に入ると、順電界とは反対に、前記ローレンツ力で手前(図8左端)に集積された正孔が、逆電界に引かれての縦平面に移り、奥側(図8右端)に集積された電子が、逆電界に引かれて樋の上下横平面に移動するので、図9の手前側で、+X方向に強い静電力が、同図奥側で−X方向に弱い静電力が発生する。そして、かかる左右の静電力の差分で、+X方向に引き続き加速される。よって、左右非対称静電力の強さは、順電界でのみ加速される前後非対称静電力よりも更に強くなる。
その結果、実施例2においては、より加速された被加速発電体110が発電部に至り、自由電子を回収して発電する場合、前記ローレンツ力によって、その両端に移動させられた異なる極性の電荷によって生じている起電力Vは、移動速度vがより大きくなることによって、実施例1よりも格段に増大するから、より大きな発電をすることができる。

0027

ここで、実施例2の静電発電装置は、図9に示すように、図7の実施例1の装置において、上下の磁石板17を、加速領域をも含むように広げるだけで達成できる。
但し、前記電荷注入電極8から、被加速発電体110への電荷注入はせず、又電荷回収電極10相当の部材で電荷回収もしない。そのため、実施例1の電荷の注入及び回収のための電荷注入及び回収素子は使用されていない。
ここで、実施例1と同じく、左右非対称形状の導体ではあるが、電荷注入せず、加速領域及び発電領域において無帯電の状態で使用されるので、前記電荷搬送体11は、以下被加速発電体110となる。
当該被加速発電体110は、下記するように、加速領域で静電加速力を受け、加速され、発電領域ではローレンツ力による発電体となる。
又、同様の理由から、実施例1の電荷注入電極8及び電荷回収電極10は、夫々、左側接地電極81、右側接地電極82となる。 これら各接地電極81、82は、実施例1同様に、エレクトレット9とで、夫々正逆連続電界を形成する。
又、当該右側接地電極82の上流が加速領域、当該右側接地電極82の下流であって、一対のロ-レンツ回収電極18が配置された領域が、発電領域となる。

0028

上記実施例2の基本構成において、連続的に加速し発電させるには、例えば、図10に示すように、複数の被加速発電体110を、その支持体14であるベルト19に載せて循環させるベルト型静電発電機を採用し、前記被加速発電体110を加速領域と発電領域を循環させことが考えられる。
更に、被加速発電体110を高速で循環させるには、詰り、より大きな発電をするには、図11に示す、板状の被加速発電体保持部材回転型の構造が望ましい。
即ち、図11において、参照番号13と15は上下の固定電極円板であり、回転する回転軸16に遊嵌し、図示しない静電発電機本体に固定されている。
上下の固定電極円板13、15の中間には、複数の被加速発電体を保持する円形の保持部材14が配置され、回転する回転軸16に固定されている。
更に、上側固定電極板13の上面と下固定電極板15の下面には、夫々磁石板17が固定されている。
当該上下の固定電極円板13と15の加速領域には、上の固定電極円板13の裏面と、下の固定電極円板15の表面夫々において、一組の左側接地電極81、高圧電極(エレクトレット)9、及び右側接地電極82が複数組、各放射状に対向して配置されている。具体的には、前記複数の被加速発電体を保持する円形の保持部材14には、図12に示すように、垂直断面形状が横向き樋型の、その移動方向中央垂線に対し左右非対称な形状の被加速発電体110がその回転軸を中心に、放射状に多数配置されている。
更に出力を上げるには、詰り、より大きな発電をするには、図13に示すように、一組の上下固定電極板13及び15とその間の被加速発電体を保持する円形の保持部材14を複数組積層し、その積層体の上下に、一対の各磁石板17を夫々置けば良い。

0029

尚、以上の構成に於いては、一つのエレクトレット9が構成する電界を、多数の日か速発電体110が次々と通り抜けていくことになる。
この場合、エレクトレット9が形成する電界のエネルギーが当該電界に静止して蓄えられているなら、被加速発電体110に静電力を生じさせ、これを移動させる結果、そのエネルギーは次々に消費され、直ぐに枯渇する。即ち、発電は止まる。
しかしながら、電界のエネルギーは、静止して蓄えられているのではなく、その空間を光速で移動しているので、同エネルギーは枯渇しない。
尚、電子が、その全周囲に絶えることなく光子電気エネルギー)を放射し続けて電界を形成していることは、量子電気力学の理論に基づく(非特許文献[5])。又、電界のエネルギーが連続的に使用できることは、実験的にも確認されている(非特許文献[6])。

0030

これら実施例で、被加速発電体110に作用する左右非対称静電力を正確に計算する為には、磁界も扱える三次元シミュレーションソフトが最も好適であるが、高価であるから、取り敢えず二次元差分法でその概略を求めてみる。但し、図11回転電界駆動型静電発電機では複雑な計算になるので、図9に示すベルト電界駆動型静電発電機で行う。
同図において、エレクトレット9の幅(以下、図面水平方向)は9.6mm、左側接地電極81の幅は9.6mm、及び右側接地電極82の幅は9.6mmとする。又、両接地電極81及び82とエレクトレット9の各長さ(以下、奥行き方向)は50mmとする。左側接地電極81とエレクトレット9、及びエレクトレット9と右側接地電極82の間隔は、夫々32.5mmとする。更に、上下各一対の接地電極81、82、及びエレクトレット9の上下ギャップは16.6mmとする。
エレクトレット9の電荷密度は-1.0mC/m2とした。エレクトレット9の電位は、被加速発電体110の移動により変動するが、被加速発電体110が、左側接地電極81とエレクトレット9の中間に位置するとき、約-5kVである。尚、左側接地電極81及び右側接地電極82は接地されている。
被加速発電体110の幅は5.1mmで、高さは5.2mm、奥行きは50mm、そして板厚は0.1mmである。この結果、被加速発電体110と上下各一対の接地電極81及び82及びエレクトレット9との上下ギャップは5.7mmになる。
図10を参照して、当該被加速発電体110は、ベルト19(又は保持部材14)上で等間隔で10個配置されている。この間隔は、狭いと、左側接地電極81とエレクトレット9の間を移動中の被加速発電体110が静電遮蔽して、後続の被加速発電体110に電界が届かず、左右非対称静電力が発生しなくなってしまうので、その間隔は30mmが適当である。

0031

加速領域における、下向きの磁界の磁束密度が1.0Wb/m2の時、被加速発電体110の両端に集まる電荷量を求める公式見当たらないので、±0.1[nC]であると仮定する。又、当該被加速発電体110の両端部において、電荷が分布する領域は、Z方向両端で各10mmであると仮定する。
以上の条件で、加速領域で被加速発電体110に作用する左右非対称静電力を、図9で、その手前側及び奥側別々に、二次元差分法でシミュレーションして求めたところ、該手前側で、+X方向に0.138[mN]で、奥側で、−X方向に0.049[mN]だった。故に、当該被加速発電体110には、+X方向に0.089[mN]の静電力が作用することになる。
この様に、上記仮定に基づき求めた静電力は、大きな力ではないが、両端に集まる電荷量は、実際には、遥かに大きく、その場合は、より大きな静電力が働く。
又、被加速発電体110の形状によっても当該静電力の大きさは変わる。
例えば、その形状が、横向きT字型の場合は、帯電量±3.0[nC]で、1.85[mN]になる。同サイズの静電発電装置における前後非対称静電力が0.1[mN]であることと比較すると、かなり大きいことが分かる。

0032

以下、上記二次元差分法による計算を具体的に説明する。シミュレーションは、左側接地電極81、エレクトレット9、右側接地電極82と被加速発電体110で構成される加速機構を対象とする。
先ず、加速機構の全領域を、細かいメッシュに分割する。メッシュの大きさは0.02mmX0.02mmとした。図14は、当該被加速発電体110の周辺のメッシュ図を示す。
図示していないが、同図の左隣に左側接地電極81が、右隣にエレクトレット9と右側接地電極82が配置されている。

0033

図示するように、二次元差分法では、各格子点(メッシュの交点)に通し番号を付し、各格子点の電位Vを、その左右上下の格子点の電位の平均値として計算する。
例えば、格子点105の電位V105は、その上下左右の格子点104、106、88、122の各電位V104、V106、V88、V122に基づいて次式1で計算される。



通常2000個程度ある格子点に、この式が適用され、この多元連立一次方程式解くことで全格子点の電位が求められる。
尚、左側接地電極81と右側接地電極82の電位は、夫々接地されているので0Vとする。被加速発電体110に含まれる格子点の電位は、被加速発電体110が導体なので全て等しいとし、且つその全体に帯電量Qを与える。又、エレクトレット9に含まれる図示しない格子点には、1.0mC/m2 の電荷密度を与える。

0034

被加速発電体110の表面には、数字で示される幅0.02mm、奥行50mmの30個の長方形の面(領域)がある。その第5面の表面の電界Eは、次式2で計算される。尚、同式において、hはメッシュの高さであり、0.02mmである。



次に、第5面の表面電荷密度σ5は、次式3で計算される。同式においてε0は真空誘電率である。



次に、第5面の電荷量q5は次式4で計算される。同式においてS5 は第5面の面積である。



被加速発電体110の電荷の総量は、第1面から第30面迄の電荷量を合算して求められ、与えられたQに一致する。

0035

次に、第5面に働く静電力F5は次式5で計算される。



被加速発電体110に右方向に作用する静電力FR は次式6で求められる。



一方、被加速発電体110に左方向に作用する静電力FLは次式7で求められる。



ここで、被加速発電体110の上下方向に働く静電力は、当該被加速発電体110の形状が上下対称で、且つ当該被加速発電体110が、左側接地電極対81、エレクトレット対9、及び右側接地電極対82の各上下中央に置かれている為、上下等しく、相殺され、ゼロになる。よって、被加速発電体110に作用するトータルの静電力FTは次式8で計算される。

0036

実施例2においては、被加速発電体110を、加速の為の左右非対称静電力を受ける部材、及びローレンツ力によって電荷をその両端に移動させて発電する単一部材として使用していたが、これを、別体である被加速体111と発電体112に分けることもできる。
即ち、図15において、既存の交流発電機で使用するコイルを発電体112とし、当該コイルに固定された絶縁性円環20に、左右非対称静電力によって加速される被加速体111が一定間隔で固定される。
当該被加速体111が、垂直に上方又は下方を向いて移動している時、上方と下方に最も強い左右非対称静電力が作用して、当該コイル112は当該被加速体111と共に右回りに回転する。
よって、当該当該コイル112が一対の磁石18が形成する磁束を切ることにより発電する。

0037

実施例3では、コイル112が回転して、その向きが、垂直から水平方向に変わるにしたがい、ローレンツ力によって発生する正負電荷は少なくなり、水平位置では、被加速体111が磁界と水平に移動する為、電荷の発生は無くなり、左右非対称静電力も無くなってしまう。
つまり、同一の磁界を、コイルと被加速体の両方が回転した為、回転円周上で、加速力が弱いか又は発生しない領域が多くなった。
そこで、本実施例では、磁界を2つに分離することとする。
具体的には、図16に示すように、駆動軸22上に、磁界にコイルを有する既存の発電機21と、他の磁界に複数の被加速体111を放射状に配置した少なくとも一の円板からなる加速器23をつなぎ、ローレンツ力によって発生する正負電荷に基づく左右非対称静電力で当該被加速体111と回転させ、前記駆動軸22を経てコイルも回転させて発電する。

0038

より具体的には、加速器23では、図17が示すように、全領域を加速領域として、上下固定電極板13、15の各対向面上に、左側接地電極81、エレクトレット9、右側接地電極82を放射状に、且つこれらを全周に配置し、上磁石(N)17と下磁石(S)17が形成する磁界を、複数の樋型被加速体111を有する板状の保持部材14を回転させ、ローレンツ力によってその両端に発生した異なる極性の電荷に基づいて、エレクトレット9と左右接地電極81及び82が形成する電界により左右非対称静電力を発生させ、当該加速111を加速する。
拠って、本実施例の構成は、基本的には、従来の発電機と同じであり、コイルを回転させる力が、従来、水力、風力、蒸気流等であったところ、これらに替わって、左右非対称静電力としただけである。
尚、当該左右非対称静電力は、磁石とエレクトレットのみで半永久的に発生させることができ、外部からのエネルギー補給は不要である。
又、本実施例の静電発電機は、二酸化炭素の発生もなく、安定して発電でき、危険性もなく、製造コストも安いので、環境問題を改善できる。
尚、発電量は、既存の交流発電機と同じであり、周知の公式で計算できる。

0039

実施例4で、磁界に配置されたコイルを有する発電機21と同軸につないだ加速器23は、当該発電機21と分断し、単独では、モーターとして使用できる。この場合、当該駆動軸22上に被回転体を取り付ける。

0040

更に、図9を参照して説明した実施例2に示した加速領域を、更に横方向に延長し、その領域後段で被加速体111が十分高速になった時、被加速体111を機外に放出する構成にすると、左右非対称静電力を利用する静電加速器になる。
又、図18に示す左右非対称静電力を利用する静電加速器において、被加速体111を保持する板状の保持部材14の外周に飛翔体25を半固定し、当該保持部材14が高速回転になった時点で、当該飛翔体25を切り離すこともできる。
つまり、既存の静電加速器では、加速し高速にする為には高電圧を必要とするが、本実施例の静電加速器では、順電界及び逆電界両方で加速できるので、エレクトレット9の電位は低くても、十分に高い速度が得られる。

0041

本発明は、静電力応用機器、具体的には、静電発電機、モーター、及び加速器に用いることができる。

0042

1:上電極
2:下電極
3:点電荷
4: 点電荷に作用する静電力のベクトルを示す矢印
5:電界の方向を示す矢印
6: 電界の方向が反転されることを示す矢印
7: 電界の方向の前後に非対称形状(樋型)を有する帯電した導体
71:樋型導体の前方垂直板
72:樋型導体の後方上下水平板
8:電荷注入電極
81:左側接地電極
82:右側接地電極
9:高圧電極(エレクトレット)
10:電荷回収電極
11:電荷搬送体
110:被加速発電体
111:被加速体
112:発電体(コイル)
12: 電荷回収電極に接続されたコンデンサー
13: 電荷注入電極(又は左側接地電極)、高圧電極(エレクトレット)、及び電荷回収電極(又は右側接地電極)をその下面に配置した上部固定電極板
14: 電荷搬送体(又は被加速発電体、若しくは被加速体)を保持する板状の保持部材
15: 電荷注入電極(又は左側接地電極)、高圧電極(エレクトレット)、及び電荷回収電極(又は右側接地電極)をその上面に配置した下部固定電極板
16: 板状の保持部材と一体の回転軸
17:磁石板
18:発電領域に配置されたローレンツ電荷回収電極
19: 複数の被加速発電体を載せて回転する絶縁性ベルト
20: コイルに固定された絶縁性円環
21:磁界内をコイルが回転する発電機
22:静電発電機と加速器を連結する駆動軸
23: 複数の被加速体を載せた被加速体保持円板を加速して回転させる加速器
24:静電加速器に搭載された飛翔体

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