(57)【要約】  支持構造体のうちの少なくとも一方が方の支持構造体に対して移動するように配置された第２の非導電性支持構造体から離間した第１の非導電性支持構造体と、少なくとも２つの電荷収集点とを含み、かつ支持構造体のうちの少なくとも一方を回転させるための空気タービンを更に含む電気誘導起電機を有する表面処理電気器具。【選択図】      図３ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持構造体のうちの少なくとも一方が他方の支持構造体に対して移動するように構成された、第２の非導電性支持構造体から離間した第１の非導電性支持構造体と、少なくとも２つの電荷収集点と、を含み、
前記支持構造体のうちの少なくとも一方を回転させるための空気タービンを更に含む、
電気誘導起電機を有する、
ことを特徴とする表面処理電気器具。
【請求項２】
静電フィルタを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の表面処理電気器具。
【請求項３】
前記電気誘導起電機は、オゾン発生器であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の表面処理電気器具。
【請求項４】
４つの電荷収集点を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の表面処理電気器具。
【請求項５】
前記支持構造体は、反回転可能であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の表面処理電気器具。
【請求項６】
前記電気誘導起電機は、前記第１及び第２の支持構造体の対向する表面上に位置決めされるか又はそれらに埋め込まれた複数の導電性セクターを更に含むことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の表面処理電気器具。
【請求項７】
前記電気誘導起電機は、第１の導電性中和ロッド及び第２の導電性中和ロッドを更に含み、各導電性中和ロッドは、第１の端部及び第２の端部を有し、該第１の導電性中和ロッドの該第１及び第２の端部は、該第１の支持構造体上の対向するセクターと接触し、該第２の導電性中和ロッドの該第１及び第２の端部は、該第２の支持構造体上の対向するセクターと接触し、該第１及び第２の中和ロッドは、互いに電気接触することを特徴とする請求項６に記載の表面処理電気器具。
【請求項８】
前記第１の支持構造体を第１の方向に回転させるための第１の空気タービンと、前記第２の支持構造体を第２の方向に回転させるための第２の空気タービンとを含むことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の表面処理電気器具。
【請求項９】
前記空気タービンは、使用中に表面処理電気器具を通る空気流によって駆動されることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の表面処理電気器具。
【請求項１０】
少なくとも１つのサイクロン分離器を更に含むことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の表面処理電気器具。
【請求項１１】
前記導電性セクターのうちの１つ又はそれよりも多くが、自立金属箔の比表面積よりも大きい比表面積を有する材料を含むことを特徴とする請求項６から請求項１０のいずれか１項に記載の表面処理電気器具。
【請求項１２】
前記導電性セクターのうちの１つ又はそれよりも多くが、粒状材料、粉末、又はその比表面積を増大させた材料を含むことを特徴とする請求項６から請求項１１のいずれか１項に記載の表面処理電気器具。
【請求項１３】
前記導電性セクターのうちの１つ又はそれよりも多くが、０．７ｍ2／ｇよりも大きい比表面積を有する材料を含むことを特徴とする請求項６から請求項１２のいずれか１項に記載の表面処理電気器具。
【請求項１４】
前記導電性セクターのうちの１つ又はそれよりも多くが、金属箔よりも少なくとも１桁大きい比表面積を有する材料を含むことを特徴とする請求項６から請求項１３のいずれか１項に記載の表面処理電気器具。
【請求項１５】
前記導電性セクターのうちの１つ又はそれよりも多くが、５００ｍｍ2よりも大きい有効表面積を有する材料を含むことを特徴とする請求項６から請求項１４のいずれか１項に記載の表面処理電気器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体流れから粒子を分離するための表面処理電気器具に関する。特に、以下に限定するものではないが、本発明は、塵埃含有空気流から塵埃粒子を除去するための家庭用真空掃除機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ある一定の用途、例えば、家庭用掃除電気器具の製造では、製造費用を最小にすることが重要である。性能及び品質を維持しながら、このような家庭用掃除電気器具の製造に伴う費用を低減するあらゆる方法は、従って、望ましいと考えられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、本発明は、電気誘導起電機を含む表面処理電気器具を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
電気誘導起電機は、最初に１８世紀に発明され、電気誘導起電機の開発は１９世紀になっても続き、１８８０年代にジェイムズ・ウィムズハーストが、最も広範に公知の電気誘導起電機、いわゆる「ウィムズハースト起電機」を開発した。電気誘導起電機の他の例は、「ホルツ機械」、「カバロ乗算器」、「ボーネンベルガー機械」、「ソードフ機械」、「レザー機械」、「ピジョン機械」、「フォス機械」、及び「ウェルセン機械」を含む。
【０００５】
電気誘導起電機は、静電気発電機である。歴史的には、それらは、高電圧、低電流源を生成するのに使用されている。それらは、静電荷を誘導することによって機能する。この電荷は、次に、電気誘導起電機から収集することができる。電気誘導起電機は、摩擦なしに電荷の蓄積を誘導することによって作用し、言い換えると、電荷発生は、無摩擦である。電気誘導起電機は、それらの出力を機械的に生成する。
【０００６】
本発明では、いずれの上述の電気誘導起電機も使用することができ、例えば、電気誘導起電機は、「ウィムズハースト」起電機とすることができる。「ウィムズハースト」起電機が電気出力を発生させる方法を示す回路図は、図１に示されている。
【０００７】
電気誘導起電機１は、概略的に示されている２つの同一の反回転可能ディスク２、４を有する。導電性金属箔セクター６は、ディスク２、４の周囲に同心に離間している。
【０００８】
機械はまた、ディスク２、４が回転すると順に導電性金属箔セクター６と電気接触するように配置された第１のブラシ８、第２のブラシ１０、第３のブラシ１２、及び第４のブラシ１４の中和ブラシを有する。導電性金属箔セクター６と接触すると、それらのブラシ８、１０、１２、１４は、導電性金属箔セクター６を「０」電位に戻す。全て４つの中和ブラシ８、１０、１２、１４は、それらが、導電性金属箔セクター６の極性を変化させる電気誘導起電機１の周囲で電荷を実質的に移動することができるように、互いに電気的に接続することが分かる。
【０００９】
電気誘導起電機１はまた、第１の電荷収集点１６、第２の電荷収集点１８、第３の電荷収集点２０、及び第４の電荷収集点２２を有し、それらは、ディスク２、４が回転すると導電性金属箔セクター６に蓄積する電荷の一部分を取り除くように配置される。
【００１０】
セクターが、互いに電気絶縁されるので、ディスク２、４が回転し始める前に、導電性金属箔セクター６にわたって電荷の自然な不均衡があることになる。ディスク２、４が回転し始めると、導電性金属箔セクター６の間の電荷の不均衡は、対向するディスク２、４上の導電性金属箔セクター６の間の誘導により増大する。
【００１１】
第１のディスク２上の正の導電性金属箔セクター２４を例に取ると、ディスク２、４が矢印Ａ及びＢによって示す方向に回転すると、正に帯電した導電性金属箔セクター２４は、次に、導電性金属箔セクター６によって示す位置の各々の中に移動することになる。正に帯電した導電性金属箔セクター２４が移動すると、それは、反対側のディスク４上の中性の導電性金属箔セクター２６と最初に近接近することになる。正に帯電した導電性金属箔セクター２４は、中性の導電性金属箔セクター２６上に負電荷を誘導することになる。正に帯電した導電性金属箔セクター２４は、次に、それが第２の電荷収集点１８に適合するまでその後の中性の導電性箔セクター６の上に負電荷を誘導する反応時計回り方向に回転し続けることになり、その時点で、負電荷は、第２の電荷収集点１８に対するコロナ放電により部分的に放電されることになる。
【００１２】
依然として正に帯電しているがここではそれほど帯電していない帯電した導電性金属箔セクターは、次に、矢印Ａの方向に移動し続けることになり、最終的に第２の中和ブラシ１０と接触することになる。この接触は、導電性金属箔セクターを中和し、同時に第１及び第２の中和ブラシ８、１０の間の接続により、第１のディスク２上の反対側のセクター２８に正電荷を渡す。
【００１３】
第２の中和ブラシ１０によって中和されたばかりの導電性金属箔セクター２９は、ここでは、第２のディスク４上の正に帯電したセクター３１の反対である。この正に帯電したセクター３１は、従って、最近中和したセクター２９上に負電荷を誘導する。
【００１４】
ここで負に帯電した導電性金属箔セクター２９は、その負電荷が第１の電荷収集点１６によって部分的に放電され、次に、第１の中和ブラシ８によって中和されるまで矢印Ａの方向に移動し続ける。
【００１５】
それらのステージは、導電性金属箔セクター６の全てに対して繰り返されるが、電気誘導起電機１のディスク２、４は、回転している。電気誘導起電機１は、間もなく、正電荷及び負電荷の領域が均衡を保っている図１に示す最大電力出力点に達する。電気誘導起電機１は、間もなく、セクター面積、ディスク速度、電気絶縁、及び負荷抵抗に基づいてその限界に達する。
【００１６】
これらの電気誘導起電機は、それらが大きい可視電気火花を発生させるように配置することができるので、主に電気の研究のため及び娯楽目的のために開発された。
【００１７】
１８９０年代後半において、電気誘導起電機は、早期Ｘ線実験、放射線写真、及び電気治療に電力を供給するためにより実用的にされたが、それらの用途は、今日まで、発生する低電流出力により非常に限定されている。
【００１８】
しかし、電気誘導起電機は、表面処理電気器具の中に有用に組み込むことができることが見出されている。例えば、電気誘導起電機は、表面処理電気器具と共に収容された静電フィルタに電力を供給するのに使用することができ、それは、代替的に又は追加的に、匂いを消し及び／又は細菌を死滅させるためにオゾン発生器として使用することができる。
【００１９】
表面処理電気器具は、従って、静電フィルタを更に含むことができる。好ましくは、電気誘導起電機は、使用中に、電気誘導起電機によって発生する高電圧電流が静電フィルタに供給されるように静電フィルタに電気的に接続される。
【００２０】
電気誘導起電機の使用により、過去において可能であったよりも廉価な静電フィルタを有する表面処理電気器具、例えば、家庭用真空掃除機又は床掃除機を生成することを可能にすることができる。これは、電気誘導起電機がその電力出力を機械的に生成することに起因する。従って、そうでなければ主電源を高圧電源に変換するのに必要であると考えられる比較的高価な電子ＰＣＢを有する必要がない。
【００２１】
主電源を高圧電源に変換するのではなくて電気誘導起電機を使用することは、同じく家庭用電気器具においてより安全である。これは、全く導電点である必要がないためであり、導電点は、ユーザに露出する可能性があり又はユーザを通して放電する可能性がある。これは、保護インピーダンス回路を必要とせず、従って、製造コストを更に低減することができることを意味する。
【００２２】
追加的に又は代替的に、電気誘導起電機は、オゾン発生器として使用することができる。オゾンは、電荷発生中に発生する。代替的に又は追加的に、電気誘導起電機を使用して電気誘導起電機を接続することができる付加的なオゾン発生器に電力を供給することができる。従って、電気誘導起電機の使用により、過去において可能であったよりも廉価にオゾン発生器を有する表面処理電気器具、例えば、家庭用真空掃除機を生成することを可能にすることができる。これは、電気誘導起電機がその電力出力を機械的に生成するのに起因し、従って、そうでなければ主電源をオゾンを生成するのに必要な高圧電源に変換するのに必要であると考えられる比較的高価な電子ＰＣＢを有する必要はない。
【００２３】
好ましい実施形態では、電気誘導起電機は、第２の非導電性支持構造体から離間した第１の非導電性支持構造体を含むことができ、支持構造体のうちの少なくとも一方は、他方の支持構造体に対して移動するように配置され、少なくとも２つの電荷収集点が、支持構造体のうちの少なくとも一方から電荷を収集するように配置される。
【００２４】
好ましい実施形態では、支持構造体のうちの少なくとも一方は、他方の支持構造体に対して回転するように配置することができる。
【００２５】
第１及び第２の支持構造体は、好ましくは、第１の支持構造体上の電荷が、第２の支持構造体上の反対電荷を誘導することになり、第２の支持構造体上の電荷が、第１の支持構造体上の反対電荷を誘導することになるある距離に位置決めされる。特定的な実施形態では、第１及び第２の支持構造体は、０．０１ｍｍから３．００ｍｍ離間させることができる。より好ましくは、実施形態では、第１及び第２の支持構造体は、０．１ｍｍから１．０ｍｍ離間させることができる。最も好ましい実施形態では、第１及び第２の支持構造体は、０．７５ｍｍ離間させることができる。
【００２６】
一般的に、本発明の実施形態は、電荷移動をサポートすると考えられる第１及び第２の支持構造体の間の流体、例えば、空気、ガス、ガス混合物、油、水、又は油と水の組合せを特徴とする。代替的な実施形態では、しかし、第１及び第２の支持構造体は、それらの間に真空があるように配置することができ、それらは、回転支持構造体の空気抵抗の減少によりデバイスの効率を改善する際に恩典を有することができる。しかし、この場合に電荷移動をサポートするために、電気接触が、電荷ピックアップ点と導電性セクターの間に必要であると考えられる。特定的な実施形態では、電気誘導起電機の全て又は一部分は、流体又は真空内に配置することができる。
【００２７】
第１及び第２の支持構造体のための適切な非導電材料は、ガラス、ゴム又はプラスチック、例えば、アクリル、ポリカーボネート又は「アクリロニトリル」ブタジエンスチレン（ＡＢＳ）である。支持構造体は、好ましくは、２５℃で測定した１ｘ１０−11Ｓ／ｃｍ未満の導電率を有する材料から形成される。
【００２８】
支持構造体は、あらゆる好ましい形状、例えば、ディスク又はドーム形のものとすることができる。それらは、代替的に、一方の支持構造体が他方の支持構造体の内側に適合するように円筒形とすることができる。代替的に、それらは、支持構造体のうちの少なくとも一方が他方の支持構造体に対して移動することを可能にするベルト又は他の支持体の形態にすることができる。それらは、しかし、支持構造体のうちの少なくとも一方が他方の支持構造体に対して回転することを可能にし、それらが互いに対向する電荷を誘導することができる距離に第１及び第２の支持構造体が位置決めされるいずれかの他の好ましい形状のものとすることができる。支持構造体が円板状である一定の実施形態では、ディスクは、２０ｍｍ、又は４０ｍｍ、又は６０ｍｍ、又は８０ｍｍから１００ｍｍ、又は１２０ｍｍ、又は１４０ｍｍ、又は１６０ｍｍ、又は１８０ｍｍの直径とすることができる。好ましい実施形態では、ディスクは、６０ｍｍから１２０ｍｍの直径とすることができる。
【００２９】
電気誘導起電機は、反対電荷が互いに引き付けられるという事実に依存する。停止中のあらゆる電気誘導起電機では、少なくとも一方の支持構造体が移動し始める前に、電荷の自然不均衡が存在することになる。少なくとも一方の支持構造体が不均衡を移動し始めた状態で、例えば、それは、僅かな負電荷を有する区域が、他方の支持構造体上のそれと反対側にある区域に正電荷を誘導することになる。この誘導効果は、従って、一方の支持構造体上の区域が負電荷を有するようにし、他方の支持構造体上の区域が正電荷を有するようにする。それらの電荷は、電荷収集点によって取り除くことができる。取り除かれた電荷は、次に、表面処理電気器具において、例えば、表面処理電気器具に位置する静電フィルタに向けられることによって又はオゾンを発生させるために使用することができる。
【００３０】
電荷収集点は、第１及び／又は第２の支持構造体と接触状態にすることができる。代替的に、電荷収集点のうちの１つ又はそれよりも多くは、支持構造体から離間させることができる。支持構造体と電荷収集点の間に間隙を有することは、放電のみが、支持構造体から蓄積電荷の一部分を除去することを意味する。これは、それが、より多くの電荷を発生させ続けることができるように、僅かな電荷不均衡が電気誘導起電機に残ることを可能にする。更に、１つ又はそれよりも多くの電荷収集点と支持構造体の間の接触不足は、摩擦が発生しないことを意味し、従って、１つ又はそれよりも多くの電荷収集点は、支持構造体の移動を低速にすることはない。電荷収集点のうちの１つ又はそれよりも多くは、導電性チップ、導電性ブラシ、鋭い又は丸い点の形態にすることができる。導電性チップは、平坦又は丸い端部を有することができるが、好ましくは、支持構造体に向けられた尖った端部を有する尖った又は円錐形であることが好ましい。特定的な実施形態では、電荷収集点は、デバイスのスケールに応じて支持構造体から０．０１ｍｍから５．００ｍｍ離間させることができる。電荷収集点のための好ましい材料は、銅又は鋼ワイヤのような金属又は非金属導体、又はＤＣモータ整流子に使用するような炭素ブラシとすることができ、それらは、大型デバイスにより適切である場合がある。
【００３１】
ある一定の実施形態では、流体、例えば、空気、ガス、ガス混合物、油、水、又は油と水の組合せは、電荷収集点と支持構造体の間に存在してもよい。代替的な実施形態では、電荷収集点及び支持構造体は、それらの間に真空があるように配置することができるが、電気接続が、電荷収集点と支持構造体／導電性セクターの間に必要であると考えられる。
【００３２】
電気誘導起電機は、好ましくは、デバイスが２つの反回転ディスクを有する環境で少なくとも４つの電荷収集点を含む。好ましい実施形態では、第１及び第２の支持構造体の両方に関連付けられた負及び正の電荷収集点がある。これは、電気誘導起電機から均等に電荷を引き出すのを有利に補助することができる。
【００３３】
支持構造体のうちの一方のみが移動する電気誘導起電機では、固定支持構造体は、必ずしも当て嵌まらないが、第１及び第２の支持構造体の間の電荷の不均衡を維持するために電荷の入力を必要とする場合がある。このような電荷の入力は、デバイスが全電力発生に進む速度を増すと考えられる。従って、第１及び第２の支持構造体の両方が移動することが望ましい。これは、第１及び第２の支持構造体の間に電荷の固有の不均衡が常にあることを保証するのを有利に補助することができる。これは、有利な態様では、電荷の外部入力が、第１及び／又は第２の支持構造体に付加する必要がないことを意味することができる。生成された電荷を増加させることも、有利に補助することができる。これは、第１及び第２の支持構造体の間の相対速度が増すためであり、これは、次に、より多くの電力を誘導する。それはまた、電気誘導起電機が全電力を得るのにかかる時間を有利に短縮することができる。第１及び第２の支持構造体が反回転可能であることが、最も望ましい。
【００３４】
第１及び第２の支持構造体は、互いに同じ速度で移動／回転するように配置することができる。代替的に、第１及び第２の支持構造体は、異なる速度で移動／回転するように配置することができる。第１及び第２の支持構造体は、デバイスの機械的及び電気的制約の範囲であらゆる可能な速度で回転するように配置することができる。典型的な回転速度の範囲は、１０ＲＰＭから１０，０００ＲＰＭ、より好ましくは、６０ＲＰＭから４０００ＲＰＭである。
【００３５】
好ましい実施形態では、電気誘導起電機は、第１及び／又は第２の支持構造体の対向する表面に位置するか又はそれらに埋め込まれた複数の導電性セクターを更に含むことができる。各支持構造体上の導電性セクターは、好ましくは、支持構造体が第１の支持構造体上の導電性セクターを移動すると、第２の支持構造体上の導電性セクターを通るように配置される。各支持構造体上の導電性セクターは、好ましくは、支持構造体が第１の支持構造体上の導電性セクターを回転させると、第２の支持構造体上の導電性セクターを通るように、支持構造体の回転軸の周りに配置される。好ましくは、本質的ではないが、各支持構造体上に偶数の導電性セクターがあり、例えば、各支持構造体上に２、又は１０、又は２０、又は４０、又は６０から８０、又は１００、又は１２０、又は２００の導電性セクターがある場合がある。最も好ましい実施形態では、第１及び第２の支持構造体上に同数の導電性セクターがある。
【００３６】
好ましい実施形態では、導電性セクターのうちの１つ又はそれよりも多くは、導電性セクターの大部分が、支持構造体に埋め込まれるように支持構造体に埋め込むことができる。これは、互いに導電性セクターを有利に電気絶縁することができる。好ましくは、導電性セクターのうちの１つ又はそれよりも多くの部分は、露出されたままであり、すなわち、導電性セクターのうちの１つ又はそれよりも多くの部分は、第１及び第２の支持構造体を作る非導電性材料においては変換されない。露出部分の理由は、後でより詳細に説明する。
【００３７】
セクターは、好ましくは、第１及び第２の支持構造体を形成する非導電材料で両側に被覆される。好ましくは、セクターの片側又は両側の非導電性材料の層は、０．０１ｍｍから１５ｍｍ厚である。より好ましくは、それは、０．２ｍｍから３ｍｍ厚であり、最も好ましくは、それは、０．５ｍｍから１ｍｍ厚である。
【００３８】
導電性セクターを加えることで、電気誘導起電機から引き出すことができる電荷全体を増加させるのを補助することができるので有利とすることができる。導電性セクターはまた、電気誘導起電機の起動時に支持構造体における電荷不均衡を増大させるのを補助することができる。これは、それらが、各々自然電荷を有することになり、それらが、互いに電気絶縁されることに起因する。これは、電気誘導起電機をより容易に起動することができ、また電気誘導起電機が、導電性セクターを持たない電気誘導起電機よりも迅速に全電力に達することができることを意味する。導電性セクターはまた、導電性セクターがない実施形態において可能であるよりも容易に電気誘導起電機から電荷を引き出すことを可能にすることができる。
【００３９】
導電性セクターのうちの１つ又はそれよりも多くは、半導電性材料、導電性材料、又は半導電性材料と導電性材料の組合せを含むことができる。好ましくは、導電性セクターは、２５℃で測定された１メートル当たり１ｘ１０6「シーメンス」（Ｓ／ｍ）から６３ｘ１０6Ｓ／ｍの導電率を有する材料から形成することができる。最も好ましい実施形態では、導電性セクターは、２５℃で測定された３０ｘ１０6Ｓ／ｍから６３ｘ１０6Ｓ／ｍの導電率を有する材料から形成することができる。
【００４０】
好ましい実施形態では、導電性セクターのうちの１つ又はそれよりも多くは、自立金属箔の比表面積よりも大きい比表面積を有する材料を含むことができる。本明細書で使用される場合、用語「金属箔」は、例えば、鍛造又は圧延によって形成されて薄板になっている金属を意味するように取ることになる。別の言い方をすれば、金属箔は自立しており、従って、スパッタリング又は蒸着技術によって表面上に成形可能な金属フィルムとは対照的に構造的一体性を有する。
【００４１】
用語「比表面積」は、固体の質量の１単位当たりの総表面積を示す固体の材料特性としてその業界容認の状況において使用される。従って、比表面積は、目で識別することができる材料の巨視的又は幾何学的表面積ではなく、材料の微視的表面積を意味することを理解すべきである。
【００４２】
比表面積は、典型的には、グラム当たりのｍ2の単位で表され、ガス吸着質として窒素又はクリプトンのような不活性ガスを使用してＢＥＴ表面積解析のようなガス吸着技術によって判断され、このような解析技術は、当業技術で公知である。
【００４３】
好ましくは、導電性セクターを形成する材料は、グラム当たり０．７ｍ2又はそれよりも多くの表面積を有する。好ましい実施形態では、導電性セクターを形成する材料は、グラム当たり１ｍ2からグラム当たり１００００ｍ2又はそれよりも多くの表面積を有する。最も好ましい実施形態では、導電性セクターを形成する材料は、グラム当たり１００ｍ2からグラム当たり２０００ｍ2の表面積を有する。好ましくは、導電性セクターを形成する材料は、金属箔の表面積よりも大きい大きさの少なくとも１、又は２、又は３、又は４、又は５の程度の表面処理を有する。
【００４４】
従来の電気誘導起電機は、導電性セクターを形成するのに金属箔を使用していた。このような金属箔は、典型的には、０．０１ｍｍ厚の箔に基づいてグラム当たり０．０７ｍ2の領域の低表面積を有する。より高い表面積を有する材料を使用することで、有利な態様では、導電性セクターで蓄積することができる電荷を増加させることが見出されている。導電性セクターに蓄積することができる電荷を増加させることで、電気誘導起電機から引き出すことができる電力量を増加させることが見出されているので非常に有利である。
【００４５】
グラム当たり８００ｍ2の表面積を有する材料から形成された導電性セクターを使用することで、驚くべきことに、金属箔から形成されたセクターの１７８６倍を超える出力電力を増加させることが見出されている。
【００４６】
電力出力の増加は、有利な態様では、電気誘導起電機のサイズが、従来の電気誘導起電機と比較して縮小することができることを意味することができる。電気誘導起電機は、金属箔セクターを使用して発生した電荷が小さすぎると考えられるので電気誘導起電機が過去において適さないと考えられていた用途に使用するほど十分強力であることも意味することができる。
【００４７】
好ましい実施形態では、導電性セクターのうちの１つ又はそれよりも多くは、粒状材料、粉末、又は何らかの方法で増加したその表面積を有する材料から形成することができる。セクターのうちの１つ又はそれよりも多くは、例えば、粉末金属、例えば、銅、亜鉛、金、銀、ニッケル、鋼又はアルミニウム粉末から、又は炭素、ゲルマニウム又はシリコーン粉末、活性炭又はカーボンナノチューブから形成することができる。
【００４８】
金属の比表面積を増加させることができる方法は、例えば、電解質又はスプレーコーティングによって粉末を形成する段階、金属散布を担体、例えば、繊維又はメッシュに付加する段階、次に、それを乾燥させて「金属繊維」を形成する段階、切り込む段階、エッチングする段階、又は物理的又は化学的に金属の表面を粗面化する段階、スパッタリングする段階、例えば、導電性又は非導電性粒状又は粉末材料、例えば、ゼオライトを被覆するように導電層を加える段階のような方法を含む。炭素を活性化する段階及びカーボンナノチューブを形成する段階は、炭素の比表面積を増加させる方法である。活性炭は、高比表面積を有する開孔構造を形成するために処理されている炭素であり、炭素のこの非晶質又は非結晶質の同素体は、典型的にはグラム当たり１ｍ2未満の表面積を有するグラファイトのような炭素の結晶質同素体と比較すべきである。活性炭を生成する方法は、公知である。同様に、化学気相蒸着、アーク放電及びレーザ切断技術のような単一壁及び多壁カーボンナノチューブを大きくする業界容認の方法も公知である。
【００４９】
好ましい実施形態では、導電性セクターのうちの１つ又はそれよりも多くは、導電性材料の上に被覆した半導電性材料から形成することができる。好ましい実施形態では、半導電性材料は、１ｘ１０6Ｓ／ｍから４．６Ｓ／ｍの導電率を有することができる。導電性材料は、１ｘ１０6Ｓ／ｍから６３ｘ１０6Ｓ／ｍの導電率を有することができる。このような実施形態では、半導電性材料は、電荷蓄積基板として作用することができ、導電性材料は、電荷担体基板として作用することができることが見出されている。これは、電気誘導起電機の使用中に、電荷を半導電層に蓄積することができることを意味する。この電荷は、次に、導電層に伝送することができ、支持構造体から電荷のより容易な収集を可能にする。
【００５０】
１つの特定的な実施形態では、導電性セクターのうちの１つ又はそれよりも多くは、金属箔、粉末金属層、又は「金属繊維」（導電層）の上に被覆した活性炭（半導電層）から形成することができる。金属繊維は、例えば、プラスチックメッシュ、例えば、銅、亜鉛、金、銀、ニッケル、鋼又はアルミニウムで被覆したポリエステルメッシュの形態にすることができる。活性炭を使用することで、有利な態様では、導電性セクターに蓄積することができる電荷を大幅に増加させることが見出されている。この電荷は、次に、電荷コレクターを通じて収集するように導電層に渡すことができる。
【００５１】
特定的な実施形態では、セクターの２Ｄ表面積は、２０、又は５０、又は１００、又は１５０、又は２００から２５０、又は３００、又は３５０又は４００ｍｍ2とすることができる。好ましい実施形態では、セクターの２Ｄ表面積は、５０ｍｍ2から１５０ｍｍ2、例えば、１００ｍｍ2とすることができる。
【００５２】
セクターは、０．０００２、又は０．０１、又は０．１、又は０．２、又は０．３、又は０．４から０．５、又は０．６、又は０．７、又は０．８、又は０．９、又は１ｍｍ厚とすることができる。好ましい実施形態では、セクターは、０．１ｍｍから０．５ｍｍ厚とすることができ、例えば、それらは０．４ｍｍ厚とすることができる。
【００５３】
セクターは、あらゆる好ましい形状のものとすることができ、例えば、それらは、正方形、矩形、楕円形、円形、又は三角形とすることができる。望ましい態様は、一方の支持構造体上のセクターの２Ｄ表面積全体が、支持構造体が移動する時に他方の支持構造体上の対向するセクターの２Ｄ表面積全体の上を通過することである。
【００５４】
セクターは、露出部分が、セクターの残りの部分よりも狭いように不規則な形状とすることができる。好ましい実施形態では、露出部分は、セクターが互いに放電しないことを保証するのを補助するようなサイズに縮小される。
【００５５】
電気誘導起電機はまた、第１の導電性中和ロッド及び第２の導電性中和ロッドを更に含むことができる。各中和ロッドは、好ましくは、第１の端部及び第２の端部を有する。第１の導電性中和ロッドの第１及び第２の端部は、好ましくは、第１の支持構造体上の対向するセクターと接触し、第２の導電性中和ロッドの第１及び第２の端部は、好ましくは、第２の支持構造体上の対向するセクターと接触する。第１及び第２の中和ロッドは、互いに電気接触状態とすることができる。第１及び第２の中和ロッドは、接地することができる。
【００５６】
好ましい実施形態では、第１及び第２の中和ロッドは、互いにオフセットすることができ、又は互いに直角に配置することができる。中和ロッドの一方又は両方は、導電性材料から形成することができる。代替的に、導電塗料は、導電性中和ロッドの片方又は両方を形成するために１つ又はそれよりも多くの電気支持台に付加することができる。好ましい実施形態では、中和ロッドの第１及び第２の端部は、支持構造体が中和ロッドの第１及び第２の端部を移動すると、次に、各導電性セクターの各露出部分に触れるように、導電性セクターの露出部分と接触状態にすることができる。端部のうちの１つ又はそれよりも多くは、導電性チップ、導電性ブラシ、鋭い又は丸い点の形態にすることができる。
【００５７】
中和ロッドは、それらが、対向する支持構造体上の導電性セクターの間に大きい電位差があることを保証するように、導電性セクターの間の電荷を移動するので有利である。電荷の一部は、従って、収集点によって取り除くことができるが、一部の電荷は、電気誘導起電機の電荷不均衡を維持するように依然として中和ロッドに沿って通過する。
【００５８】
好ましい実施形態では、表面処理電気器具は、支持構造体のうちの少なくとも一方を移動／回転させるための空気タービンを更に含むことができる。表面処理電気器具の使用中に、空気流は、電気器具を通して移動するように配置することができる。この空気流は、支持構造体のうちの少なくとも一方の移動／回転を駆動することができる空気タービンを駆動するのに有用に使用することができることが見出されている。好ましい実施形態では、第１の支持構造体を回転させるための第１の空気タービン、及び第２の支持構造体を回転させるための第２の空気タービンがある場合がある。使用中に表面処理電気器具を通して移動する空気流を使用することは、有利な態様では、個別の機械的又は電気的手段が支持構造体の移動／回転を駆動するのに必要ないことを意味することができる。
【００５９】
代替的に、表面処理電気器具は、支持構造体のうちの少なくとも一方を移動／回転させるための１つ又はそれよりも多くのモータ又は他の代替の駆動機構を更に含むことができる。支持構造体の一方又は両方の移動／回転は、例えば、表面処理電気器具の主モータによって駆動することができ、又はそれらは、１つ又はそれよりも多くの専用モータによって駆動することができる。
【００６０】
表面処理電気器具はまた、少なくとも１つのサイクロン分離器、平行に配置された複数のサイクロン、フィルタのうちの１つ又はそれよりも多くを更に含むことができる。好ましい実施形態では、表面処理電気器具は、単一上流サイクロン、サイクロンを通して移動する空気流の観点から平行に配置された複数の下流サイクロン、複数の平行なサイクロンの下流に配置された静電フィルタ、及び表面処理電気器具の使用中に静電フィルタに高圧電流を供給するように配置された電気誘導起電機を含む。電気誘導起電機は、表面処理電気器具の主本体に又はその上に位置することができる。代替的に、電気誘導起電機は、表面処理電気器具の表面処理ヘッドに又はその上に位置することができる。静電フィルタは、存在する場合、表面処理電気器具の主本体又は表面処理電気器具の表面処理ヘッドに位置することができる。
【００６１】
特定的な実施形態では、１つ又はそれよりも多くの空気タービン及び従って１つ又はそれよりも多くの支持構造体は、表面処理電気器具の使用中にサイクロン分離器から及び／又は平行に配置された複数のサイクロンから排出した空気によって駆動することができる。
【００６２】
好ましい実施形態では、電気誘導起電機の少なくとも一部分は、表面処理電気器具の透明な部分を通してみることができる。
【００６３】
本発明は、特に真空掃除機に含めるのに適している。しかし、用語「表面処理電気器具」は、広い意味を有することを意図し、何らかの方式で表面を清浄化又は処理するように表面にわたって進行するための表面処理ヘッドを有する広範な電気器具を含む。表面処理電気器具は、取りわけ、真空掃除機（乾式、湿式、及び湿式／乾式）のような表面に対してそこから物質を引き込むように吸引を行う電気器具、並びにシャンプー機及び吸引せずに表面を処理する機械、例えば、掃引デバイスのような表面に物質を適用する電気器具を含む。
【００６４】
本発明をここで一例として添付の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】従来技術のウィムズハースト電気誘導起電機の概略図である。
【図２ａ】本発明による電気誘導起電機を含む円筒形真空掃除機の側面図である。
【図２ｂ】図２ａに示す丸で囲んだ区域の拡大図である。
【図３ａ】本発明による電気誘導起電機の斜視図である。
【図３ｂ】図３ａに示す電気誘導起電機の側面図である。
【図３ｃ】図３ａ及び図３ｂに示す電気誘導起電機の分解組立図である。
【図３ｄ】図３ａから図３ｃに示す電気誘導起電機の第２の斜視図である。
【図３ｅ】図３ｄに示す電荷収集点及び中和ブラシの拡大図である。
【図３ｆ】より詳細に導電性部品を示す図３ａから図３ｅに示す電気誘導起電機の余分な装着を取り除いた型を示す図である。
【図３ｇ】図３ａから図３ｆに示す電気誘導起電機の平面図である。
【図４ａ】電気誘導起電機の支持構造体のうちの一方の平面図である。
【図４ｂ】図４ａに示す支持構造体の一部分の断面を示す図である。
【図４ｃ】本発明による導電性セクターの一部分の電子顕微鏡写真を示す図である。
【図４ｄ】図４ｃに示す電子顕微鏡写真の拡大図である。
【図５】ワット単位の電気誘導起電機から出力された電力対１分当たりの回転数（ＲＰＭ）のディスク速度のグラフを示す図である。
【図６】図５に示すグラフにおけるものと同じデータを示すが、電力出力が対数目盛を使用して示されている図である。
【図７】有効表面積対１秒当たりの総セクターのグラフを示す図である。
【図８】電気誘導起電機の電力出力対有効表面積のグラフを示す図である。
【図９】密封された１ｍ3ボックスにおけるオゾン生成のグラフを示す図である。
【図１０ａ】本発明の第２の実施形態の下から見た斜視図である。
【図１０ｂ】本発明の第２の実施形態の上から見た斜視図である。
【図１１】図１０ｂの分解斜視図である。
【図１２】図１０ａの分解斜視図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００６６】
図２ａ及び図２ｂで見ることができるように、本発明のこの実施形態の表面処理電気器具は、真空掃除機３０である。真空掃除機３０は、円筒形真空掃除機であるが、真空掃除機３０は、代替的に直立のスティック形又は可搬型真空掃除機とすることができる。図２ａ及び図２ｂに示す真空掃除機３０は、全体を符号１に示す電気誘導起電機を含む。
【００６７】
真空掃除機３０はまた、静電フィルタ３２を含むことを見ることができる。電気誘導起電機１は、真空掃除機３０の使用中に電気誘導起電機１によって発生する電力が静電フィルタ３２に移行することができるように、静電フィルタ３２に電気的に接続される。電気誘導起電機１はまた、オゾンを発生させることができ、従って、静電フィルタ３２と共に又はそのままオゾン発生器として使用することができる。代替的に、電気誘導起電機１は、発生するオゾンの量を増加させるために、個別のオゾン発生器、例えば、コロナ放電点３３に接続することができる。
【００６８】
真空掃除機３０はまた、単一上流サイクロン分離器３４及びサイクロン３６を通して空気流の観点から平行に配置された複数の下流サイクロン３６を含むことを見ることができる。電気誘導起電機１は、複数の下流サイクロン３６を出た空気が電気誘導起電機１を通過することになるように、真空掃除機３０の空気流路に配置される。
【００６９】
図３ａから図３ｇは、より詳細に本発明による電気誘導起電機１の実施形態を示している。電気誘導起電機１は、第２のディスク４の形態の第２の非導電性支持構造体から離間した第１のディスク２の形態の第１の非導電性支持構造体を含むことを見ることができる。図３ａから図３ｇに示す実施形態では、ディスク２、４は、距離０．７５ｍｍだけ互いに離間している。一般的に、ディスクの間の間隔ができるだけ小さい間隔は、ディスクの導電性セクターの間の電荷を示す観点から有利である点に注意すべきである。しかし、実際に、間隙の寸法は、ディスクが回転するとディスクの「揺れ」のような機械的制約によって制限される。
【００７０】
電気誘導起電機１はまた、真空掃除機３０の空気流が真空掃除機３０の使用中にタービンを通過すると、ディスク２、４を反回転させるように配置された１対のタービンを含むことを見ることができる。第１のタービン３８は、第１のディスク２に関連し、第２のタービン４０は、第２のディスク４に関連している。タービン３８、４０は、図３ｃの分解組立図で最も良く見ることができる。矢印Ｃの方向にタービン３８、４０を通過した空気流は、第１のタービン３８が反時計回り方向に第１のディスク２を回転させるようにし、第２のタービン４０が時計回り方向に第２のディスク４を回転させるようにすることになる。図示の実施形態のディスク２、４は、同じ速度で回転するように配置される。実速度は、変化することになるが、全電力においては、ディスクは、好ましくは、４０００ＲＰＭで又は４０００ＲＰＭの近くで回転する。
【００７１】
４つの電荷収集点１６、１８、２０、２２は、それらが、ディスク２、４が使用中に回転する時に蓄積した電荷を収集することができるように配置される。図示の実施形態では、電荷収集点１６、１８、２０、２２は、０．０１ｍｍから５ｍｍの距離だけディスク２、４から離間した導電点を含むが、一般的に、これは、放電によって導電性セクターと電荷収集点との間で電荷移動の効率を最大にし、従って、小さな間隔が好ましい。電荷収集点１６、１８、２０、２２は、図３ｂ、図３ｃ、図３ｅ及び図３ｆで最も良く見ることができる。真空掃除機３０の使用中に、ディスク２、４は回転し、電荷はディスク２、４上に蓄積する。この電荷は、放電によってディスク２、４から電荷収集点１６、１８、２０、２２に移動する。第１及び第２の電荷収集点１６、１８は、第１のディスク２から負及び正電荷を収集し、第３及び第４の電荷収集点２０、２２は、第２のディスク４から負及び正電荷を収集する。
【００７２】
第１及び第３の電荷収集点１６、２０は、互いに及び第１の高電圧出力点４２に電気的に接続される。第２及び第４の電荷収集点１８、２２は、互いに及び第２の高電圧出力点４４に電気的に接続される。この接続は、図３ｆで最も良く見ることができる。電荷収集点と高電圧出力点の間の電気接続は、図３ｆに示すように、銅トラックのような導電性材料の形態にすることができ、又は代替的に電気接続は、電気支持台４８上に位置する第１の高電圧トラック４６に位置することができる導電塗料又はインクの形態にすることができる。
【００７３】
第１及び第３の電荷収集点１６、２０は、使用中にそれらが第１及び第２のディスク２、４上の対向する部分から負又は正のいずれかの同じ電荷を引き付けるように互いに向かい合って配置される。第２及び第４の電荷収集点１８、２２は、第１及び第３の電荷収集点１６、２０から１８０度に配置される。第２及び第４の電荷収集点１８、２２は、使用中にそれらが互いに同じ電荷であるが第１及び第３の電荷収集点１６、２０によって引き付けられた電荷と反対の電荷を引き付けるように互いに向かい合って配置される。例えば、第１及び第３の電荷収集点１６、２０が、ディスク２、４からの負電荷を引き付けている場合、第２及び第４の電荷収集点１８、２２は、正電荷を引き付けていることになる。
【００７４】
電気誘導起電機１はまた、第１の導電性中和ロッド５０及び第２の導電性中和ロッド５２を更に含む。第１の中和ロッドは、ディスク２、４の回転軸に装着されたヨークの形態を取り、ヨークの各端部は、以下ではヨークを通じて電気的に互いに接続された第１の端部５４及び第２の端部５６と呼ばれる下方依存電気接触部分を有する。第２の中和ロッド５２は、第１の中和ロッドの同じ一般的なヨーク状構造を有し、第１の端部５８及び第２の端部６０を有するが、第１の中和ロッド５０に対して電気誘導起電機１の反対面上に装着される。第１の導電性中和ロッド５０の第１及び第２の端部５４、５６は、第１のディスク２の上面と接触し、第２の導電性中和ロッド５２の第１及び第２の端部５８、６０は、第２のディスク４の下面と接触する。第１及び第２の中和ロッド５０、５２はまた、支持ロッド６２により互いに電気接触する。
【００７５】
第１及び第２の中和ロッド５０、５２は、互いにオフセットされる。これは、第１の中和ロッド５０の第１の端部５４が、第２の中和ロッド５２の第１の端部５８からオフセットすることを見ることができる図３ｂで最も良く見ることができる。中和ロッド５０、５２の端部５４、５６、５８、６０は、ディスク２、４と接触するように配置された櫛又はブラシの形態である。
【００７６】
ディスク２、４が、矢印Ｄ、Ｅの方向に回転する場合、第１の導電性中和ロッド５０の第１の端部５４は、進行の方向に第１の電荷収集点１６後に配置される。第１の導電性中和ロッド５０の第２の端部５６は、進行の方向に第２の電荷収集点１８後に配置される。第２の導電性中和ロッド５２の第１の端部５８は、進行の方向に第３の電荷収集点２０後に配置される。第２の導電性中和ロッド５２の第２の端部６０は、進行の方向に第４の電荷収集点２２後に配置される。
【００７７】
中和ロッド５０、５２の両方は、電気支持台４８上に支持された導電性材料から形成される。代替的に、導電塗料が、電気支持台４８上の第２の高電圧支持トラック６４に適用され、中和ロッド５０、５２の第１の５４、５６及び第２の５６、６０端部を第１の中和ロッド５０から第２の中和ロッド５２に電気的に接続する。
【００７８】
より詳細にディスク２、４のうちの１つを示す実施形態は、図４ａから図４ｄに示されている。ディスク２、４は、非導電性材料、例えば、ガラス、ゴム、又はアクリルポリマーのようなプラスチック材料から形成される。
【００７９】
複数の導電性セクター６６は、セクター６６が非導電性材料によって互いに電気絶縁されるように、非導電性（すなわち、電気絶縁する）材料に埋め込まれる。各セクター６６の露出部分６８は、非導電材料においては被覆されない。それらの露出区域６８は、ディスクの半径方向内向き部分に位置決めされ、図３ａ及び図３ｃから図３ｇに示すトラック７０に位置することを見ることができる。電荷収集点１６、１８、２０、２２は、それらが、各セクター６６の露出部分６８から電荷を収集することができるように、それらがこのトラック７０と一直線上に位置するように配置される。中和ロッド５０、５２の第１の５４、５８及び第２の５６、６０端部はまた、それらが、次に、ディスク２、４が回転すると各セクターの露出部分６８と接触するように、それらがこのトラック６０と一直線上に位置するように配置される。トラック７０は、流体、真空、霧、ガス、又はそれらのいずれかの混合物で配置することができる。
【００８０】
特定的な実施形態では、例えば、トラックが空気に露出されて静電フィルタにわたって５Ｋｖを発生するように設計された電気誘導起電機１では、露出部分６８は、トラック７０の円周の０．０１８倍以下であり、それらの隣接するセクターに５．６ｍｍよりもの近くないことが望ましい。これは、有利な態様では、露出部分６８が互いに放電しないことを保証するのを補助する。例えば、２０のセクターを含むディスクによる直径が６０ｍｍであるトラック７０により、露出部分６８が３．４ｍｍよりも大きくないことが望ましい。８０ｍｍの直径のトラック７０により、露出部分が４．９ｍｍよりも大きくないことが望ましいと考えられる。
【００８１】
図示の実施形態の露出部分６８は、セクター６６の内側部分である。露出部分は、しかし、セクターのあらゆる露出部とすることができる。露出部分６８が位置するトラック７０は、ディスク２、４の各々の外面上に位置決めされる。
【００８２】
電気誘導起電機１では、導電性セクター６６は、ディスク２、４の対向する内面の近くに位置決めされる。導電性セクター６６は、この実施形態では約１ｍｍである非導電材料６７の層で両側に被覆されるが、層は、デバイスのスケールに応じて０．５ｍｍから３００ｍｍ厚とすることができる。
【００８３】
非導電性材は、好ましくは、導電性セクター６６がポリマーを通して見ることができるように透明なアクリルポリマーである。図４ａに示す実施形態では、ディスク２、４は、２０のセクターを有する。ディスクが多いか又は少ないセクター６６を有することはできるが、第１及び第２のディスク２、４は、同じ数のセクター６６を有し、偶数のセクター６６があることが好ましい。
【００８４】
図４ｂは、ディスク２、４のうちの１つの断面を示している。導電性セクター６６は、好ましくは、活性炭層７２及び銅層７４を含む。導電性セクター６６は、ディスク２、４を形成するアクリルポリマーに被覆される。この実施形態では、セクター６６は、活性炭７２を直接銅被覆ポリエステルメッシュ層７４の上に噴霧又はペインティングすることによって形成される。好ましくは、メッシュは不織メッシュである。銅粉末、塗料又は散布をメッシュの上に噴霧又はペインティングすることで、活性炭７２を付加することができる金属繊維７４を実質的に形成する。
【００８５】
図４ｃは、このようなセクター６６の一部分の断面の電子顕微鏡写真を示している。図４ｄは、銅繊維７４の表面に取り付けられた一部の活性炭粒子７２の拡大図である。
【００８６】
図５及び図６は、セクターが活性炭／銅を使用して形成されたアルミニウム箔セクターを有する電気誘導起電機（従来技術の電気誘導起電機で使用されているような）によって発生する電量出力と比較したグラフを示している。グラフを作るのに使用するデータのための説明の終わりにある表１及び表２を参照することができる。
【００８７】
図５は、ワット単位の電気誘導起電機から出力された電力対１分当たりの回転数（ＲＰＭ）のディスク速度を示している。図６は、同じデータを示すが、電力出力は、対数目盛を使用して示されている。両データセットは、直径が１２０ｍｍであるディスクを使用して生成されている。電気誘導起電機は、２２℃相対湿度４０％で稼動した。
【００８８】
アルミニウム箔セクターは、活性炭／銅セクターと比較して非常に低い電力を生成することを見ることができる。両グラフでは、３９６ｍｍ2の２Ｄセクター面積（すなわち、裸眼で識別することができる幾何学的／巨視的表面積）は、アルミニウム箔及び活性炭／銅の両方に使用されている。図５では、最低速度で、アルミニウム箔セクターは、電力出力の０．０００１７４０ワットを生成しているに過ぎないのに対して、活性炭／銅セクターは、電力の０．３１０８３０ワットを生成していることを見ることができる。これは、最低速度で、活性炭／銅セクターは、アルミニウム箔セクターの電力の１７８６倍以上も生成することを意味する。
【００８９】
図５及び図６に示す最高速度で、アルミニウム箔セクターは、電力の殆ど０．０１３５９４６ワットを生成するが、活性炭／銅セクターは、電力の１．０８０３００ワットを生成したことが見出されている。これは、最高速度でさえも、活性炭／銅セクターは、アルミニウム箔セクターの電力の７９倍以上も生成することを意味する。
【００９０】
図７は、１秒当たり電荷収集点を通るセクターの総数と比較したセクターの有効表面積を示している。グラフを作るのに使用するデータのためのこの説明の終わりにある表１及び表２を参照することができる。有効表面積は、積極的にセクターからの電力の生成及び出力に伴っていると考えられるセクターに対する材料の表面積である。有効表面積は、従って、必ずしもセクターの２Ｄ面積と同じ面積又はセクターを作る材料の比表面積と同じではない。
【００９１】
理論に拘束されることを望むことなく、本発明者は、以下の情報及び式を使用してセクターの有効表面積を本発明者が計算することができることを見出した。
【００９２】
本発明者は、セクターが移送することができる最大電荷密度は、電気誘導起電機からの最大出力電流を制限すると考えている。従って、本発明者は、セクター面積が大きくなり電荷密度が大きくなるほど、生成する電流は高くなる（従って、より電力が多くなる）と考えている。
【００９３】
従って、１秒間に通った面積（Ａ）の量を乗じた電荷密度（ｐ）は、デバイスが生成することができる最大電流であると本発明者は考える。この関係は、以下の式、すなわち、１秒当たりの電荷＝ｐＡで表すことができる。式中ｐは、電荷密度であり、Ａは、１秒当たり伝送する電荷担体の面積であり、結果は、１秒当たりのクーロン又はアンペアで表している。
【００９４】
最大電荷密度（ｐ）は、セクター（Ｅ）に垂直な最大電界及び空き容量の誘電率（ε0）を使用する「ガウス」の定理（ｐ＝ε0Ｅ）を使用して計算することができる。空き容量の誘電率（ε0）は、電荷の単位を力学量のそれに関連付ける。これは定数であり、ε0＝８．８５ｘ１０−１２Ｆ／ｍと同じである。
【００９５】
本発明者のセクター（Ｅ）に垂直な最大電界は、空気中のイオン化電圧に等しい。本発明者は、セクターが、イオン化電圧よりも大きい場を維持することはできないと考えている。これは、セクターが、空気に露出され、イオン化により電荷漏れをもたらすことに起因する。デバイスが真の真空、霧、又は流体において作動した場合、本発明者は、より大きな磁場を維持することができる。常温及び海面レベルにおける磁場強度は、Ｅ＝３ｘ１０6Ｖ／ｍである。
【００９６】
上記定数を使用すると、本発明者のデバイスの最大電荷密度は、ｐ＝ε0Ｅであり、
ｐ＝８．８５ｘ１０−１２Ｆ／ｍｘ３ｘ１０６Ｖ／ｍ、
ｐ＝２６．５５μＣ／ｍ２
である。
【００９７】
従って、ディスク速度で公知の場合、本発明者は、電気誘導起電機の最大理論出力電流を計算することができると考えている。本発明者はまた、従って、出力電流及びディスク速度が既知である場合、セクターの理論的又は有効表面積を計算することができると考えている。
【００９８】
図７は、有効表面積が、アルミニウム箔セクターにおいて非常に低いことを示している。これは、図５及び図６で見られる低電力出力に等しい。活性炭／銅セクター上で電荷を発生させている有効表面積は、遥かに高いことを見ることができる。これは、活性炭／銅セクターに対して見られるより高い電力出力から構成されるであろう。
【００９９】
図８は、電気誘導起電機の電力出力対有効セクター面積を示している。グラフを作るのに使用するデータのための説明の終わりにある表１及び表２を参照することができる。
【０１００】
図７及び図８から、活性炭／銅セクターに対して、１秒当たり収集点を通過するセクターの数が多いほど有効表面積の量が少なくなるということが、電力出力の生成に関わっているということに注意するのは興味深い。これは、より高い回転において電力出力がアルミニウムセクターに勝る活性炭／銅セクターに対して僅か約７９倍であるのに対して、より低い回転において電力出力が１７８６倍である理由を説明すると考えられる。本発明者は、理論に拘束されることを望まないが、本発明者は、この効果が、より高速においてより高い電荷が活性炭／銅セクター上に蓄積するが、収集点により電荷を除去するほど十分な時間はないことに起因する場合があると考えている。
【０１０１】
「有効表面積」は、活性炭又はアルミニウムの総表面積（場合によっては比表面積として公知）と同じはないが、電荷が蓄積して収集することができる表面積であると考えられる点に注意するのは重要である。更に、本発明者は、理論に拘束されることを望まないが、本発明者は、活性炭／銅セクターに対して、この有効表面積が、銅層と接触する活性炭の表面積に等しい場合があると考えている。銅バッキングと接触する炭素の比表面積を増加させるあらゆる方法は、従って、それが電荷発生及び伝送過程を伴う有効表面積を増加させる効果を有するので望ましいと考えられる。
【０１０２】
上述したように、電気誘導起電機は、オゾン発生器として使用することができる。図９は、空気流がない密封された１ｍ3ボックスにおけるオゾン生成のグラフを示している。使用するディスクは、直径が１２０ｍｍであり導電性セクターの２Ｄセクター面積は３９６ｍｍ2であった。電気誘導起電機は、２２℃相対湿度４０％で稼動した。グラフから、電気誘導起電機は、密封チャンバにおいて１分当たり５８ｐｐｂの速度でオゾンを発生させたことを見ることができる。
【０１０３】
以下は、図５から図８のグラフを作るのに使用したデータを含む表である。
【０１０４】
（表１）
2013524913.tif 000003
【０１０５】
（表２）
2013524913.tif 000004
【０１０６】
当業者は、特許請求の範囲によって定められたような本発明の範囲から逸脱することなく、図１から図９を参照して上述した電気誘導起電機１に対して様々な修正を加えることができることを理解するであろう。
【０１０７】
例えば、上述の機械は、反対方向に回転する２つのディスク２、４から構成されるが、機械は、単一回転可能ディスクを有することも可能である。このような変形は、図１０ａ、図１０ｂ、図１１、図１２、及び図１３に示されており、以下でより詳細に説明する。
【０１０８】
本発明の代替的な実施形態による電気誘導起電機又はデバイス１００は、第１の実施形態のものに類似し、原則的な差異は、それが単一回転可能ディスクのみを含む点である。
【０１０９】
機械１００は、ドライブスピンドル又はシャフト１０６を受け入れるためにその中心にある開口又はハブ１０４を有する比較的浅い開放カップ形状ハウジング１０２を含む。ハウジング１０２は、それが、ハウジング１０２に対して静止したままであるように、その中で固定された第１の支持ディスク１１０を受け入れる凹部１０８を形成する周壁を有する。第２の支持ディスク１１２は、第１の支持ディスク１１０に隣接して位置し、それが、ハウジング１０２、及び従って第１のディスク１１０に対して回転可能であるように装着される。
【０１１０】
第１の支持ディスク１１０は、そのプロフィールがほぼハウジング１０２のプロフィールに対応するように円形であり、第１及び第２の導電性セグメント１１４が埋め込まれた絶縁基板から作られる。しかし、導電性セグメント１１４は、明確にするために図１０ａ及び図１０ｂでは分解組立図で下側支持ディスク１１０から離間して示されている点に注意すべきである。下側支持ディスク１１０は、下側支持ディスク１１０が、ハウジング１０２内に固定されて回転することができないように、ハウジング１０８で受け入れられ、好ましい接合法、例えば、好ましいプラスチック適合性エポキシによる接着によってハウジング１０８に固定される。
【０１１１】
第２の支持ディスク１１２はまた、ポリウレタンのような絶縁材料から形成され、本発明の第１の実施形態に類似する方式でその中に埋め込まれた複数（この例では９つ）の導電性セクター１１６を含む。この場合も、導電性セクター１１６は、明確にするために図１０ａ及び図１０ｂでは第２の支持ディスク１１２から離間して示されている点に注意すべきである。
【０１１２】
第２の支持ディスク１１２の下側面１１８は、半径方向トラフ又はトラック１２０を含み、その目的は、蓄積した電荷が、本発明の第１の実施形態と同じ方法で導電性セクター１１６から除去することができるように導電性セクター１１６の部分を露出することである。トラック１２０の直径は、以下で更に説明するように、静止ディスク１１０の直径よりも大きいのでトラック１２０へのアクセスを可能にする。導電性セクター１１６の正確な構成は、本発明の第１の実施形態におけるものと同じであるので、更なる説明は省略する。
【０１１３】
第２の支持ディスク１１２は、それが第１の支持ディスク１１０の近くに位置するがこれから離間するようにハウジング１０２で受け入れられる。ドライブスピンドル１０６は、ハウジング１０２の開口１０４、及び第１の支持ディスク１１０の同軸の開口１２２により受け入れられ、第２の支持ディスク１１２の中心ボア１２４の中に固定される。このようにして、スピンドル１０６は、第２の支持ディスク１１２の回転を駆動する。スピンドル１０６はまた、上側ディスク１１２が、下側ディスク１０２から所定の距離だけ離間したままであるように、開口１０４に着座し、セット軸線方向位置にスピンドル１０６を保持するように機能するベアリング１２６を担持する。
【０１１４】
導電性セグメント１１４の各々は、外向きタブ１２８を含み、それにワイヤブラシの形態の電荷収集点１３０が接続される。タブ１２８は、それらが、上側ディスク１１２の半径方向トラック１２０の一直線上に及びその下に重なるように位置決めされる。このようにして、電荷収集ブラシ１３０は、トラック１２０の中に延びて、上側ディスクが回転すると導電性セクター１１６の露出部分と電気接触し、従って、第１の実施形態の電荷収集点１６、１８、２０、２２と同じ方法でそれらのセクターに誘導されている電荷を収集する。
【０１１５】
詳細に図１０ａから図１２を参照すると、ハウジング１０２の下側面１３２には、上側及び下側ディスクに電気接続することを許容するいくつかの特徴を含んでいる。
【０１１６】
より具体的には、第１及び第２の開口１３４、１３６は、ハブ１０４と並んでハウジング１０２に設けられ、導電性セグメント１１４のうちのそれぞれの１つと接触するように、下側ディスク１１０の下面に設けられた開口１３４、１３６を通して及びそれぞれのアクセスポイント１４２、１４４を通して受け入れられるそれぞれの第１及び第２の高電圧リード線１３８、１４０のためのアクセスポイントを提供する。機械の作動中に、高電圧リード線１３８、１４０は、導電性セグメント１１４と好ましい電気負荷（図示せず）の間に電気接続を提供する。
【０１１７】
ハウジング１０２の下側面にはまた、高電圧アクセスポイントに対して半径方向外側位置に位置する２つの斜めに延びるポート１５０を提供する。図示の構成では、ポート１５０は、ハブ１０４を通過する垂直平面にあるが、ハブ１０４は、アクセスポイント１３４、１３６によって共有する垂直面に対して垂直である点に注意すべきである。しかし、これは、本発明の基本的な特徴ではなく、アクセスポイントとポートの間の異なる相対的間隔はまた、アクセス可能であることが理解されるであろう。
【０１１８】
ポート１５０は、ハウジング１０２の下側面１３２にわたって横方向にある絶縁ワイヤリード線の形態の中和ロッド１５４のそれぞれのチップ１５２にアクセスする。中和ロッド１５４の各チップ１５２は、そのそれぞれのポート１５０を通って延び、それらが、導電性セクター１１６の露出部分と電気接触するように上側ディスク１１２の外側トラック１２０で終端する。上側ディスク１１２が回転すると、中和ロッド１５４のチップ１５２は、トラック１２０の周囲を引きずられ、それによって次に導電性セクターの各々と接触する。電荷は、従って、導電性セクターの間を移動し、上側ディスクの導電性セクターと下側ディスクのセグメントの間の電荷不均衡を維持する。中和ロッドは、従って、本発明の第１の実施形態を参照して上述した中和ロッド５０、５２と同じ方法で機能する。
【０１１９】
図１０から図１３の電気誘導起電機１００は、本発明の第１の実施形態で提供するようなデバイスを駆動するための一体化タービンを特徴としないが、当業者は、第１の実施形態に類似する方式で上側ディスク１１２を駆動するように、空気流路及びタービンに対応する上側及び下側ディスク１１２、１１０の適切な再構成により、又は上側ディスク１１２を駆動するために機械から離間するがスピンドル１０６に接続された個別のタービンの提供により、本発明の第２の実施形態の機械にこのような修正も加えることができる点に注意すべきである。
【符号の説明】
【０１２０】
１  電気誘導起電機
２、４  ディスク
１６  第１の電荷収集点
４２  第１の高電圧出力点
４８  電気支持台
５０、５２  中和ロッド
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図３ｅ】
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【図３ｆ】
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【図３ｇ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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