(57)【要約】【課題】非対称静電力を電荷搬送体の駆動力とする静電発電機において、電荷搬送体への電荷の注入方式として充電方式を採用すると出力が大幅に増加できるが、その電圧は高く、電流は小さく、一般的な用途には適していなかった。変圧器で電圧を下げればよいが、超高電圧用の変圧器が必要で装置も大きく、コストも高くなる。【解決手段】各部品のサイズを1/100に縮小したところ、電圧は低く、電流は大きくなった。当該電圧であれば、通常のコイル変圧器で100Vに変換し、インバーターで交流にして一般的に使用することができる。【効果】装置が大きくコストが高くなる超高電圧用変圧器を使用することなく、部品サイズを縮小するだけで、電圧を下げ電流を増加させて、一般用途用の発電機とすることができる。【選択図】図１４
2022002436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電荷搬送体に対する電荷の注入方式として充電方式を使用し且つ非対称鏡像力を当該電荷搬送体の駆動力とする静電発電機において、
当該電荷搬送体、充電電位源、および回収電極の各々の幅、当該電荷搬送体の高さ、および当該充電電位源と当該回収電極の間隔を5.0mm以下としたことを特徴とする静電発電機。
【請求項２】
電荷搬送体に対する電荷の注入方式として充電方式を使用し且つ非対称鏡像力を当該電荷搬送体の駆動力とする静電発電機において、
当該電荷搬送体、充電電位源、及び回収電極の各々の幅、当該電荷搬送体の高さ、および当該充電電位源と当該回収電極の間隔を5.0mm以下とし、当該電荷搬送体を、回転する電荷搬送体円板上に放射状に配置し、当該充電電位源、および当該回収電極を、前記電荷搬送体円板を挟む充電回収円板上に、それぞれ放射状に配したことを特徴とする静電発電機。
【請求項３】
電荷搬送体に対する電荷の注入方式として充電方式を使用し且つ非対称鏡像力を当該電荷搬送体の駆動力とする静電発電機において、
当該電荷搬送体、充電電位源、及び回収電極の各々の幅、当該電荷搬送体の高さ、および当該充電電位源と当該回収電極の間隔を5.0mm以下とし、当該電荷搬送体を、回転するベルトまたは円筒の電荷搬送体基板に、進行方向に直角に、且つ互いに平行に配置し、前記充電電位源及び回収電極を、電荷搬送体基板を挟む充電回収円板または固定電極円筒に平行に配したことを特徴とする静電発電機。
【請求項４】
請求項２及び３において、前記電荷搬送体同士を導通し、これら電荷搬送体間の間隔を、前記充電電位源および前記回収電極間の間隔と同じにして、当該電荷搬送体が前記充電電位源に入った時に、当該電荷搬送体を接地し、前記回収電極に入った時に、当該電荷搬送体を当該回収電極と導通させることを特徴とする静電発電機。
【請求項５】
請求項４において、前記電荷搬送体の接地および前記回収電極との導通を高速スイッチング回路で行うことを特徴とする静電発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電荷搬送体への電荷の注入を充電方式で行い、非対称鏡像力を電荷搬送体の駆動力とする静電発電機における出力を、コイル変圧器を使用せず電圧を下げて電流を増加する鏡像力駆動型静電発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、非対称静電力を駆動力とする静電発電機において、電荷搬送体に電荷を注入する方法には、誘導方式と充電方式がある。そのうち、充電電荷量が多くなるのは充電方式であることが報告されている。
【０００３】
しかしながら、充電方式により出力を高めることは可能であるが、その内容は高電圧小電流である。たとえば、充電電位源（以下、実施例に応じて充電エレクトレットと表示し、エレクトレットというときは、人工的に外部から電荷を注入保持させるエレクトレットのみならず、自然に電荷を保持している強誘電体も含むものとする）の電位が、180,000Vの時、シミュレーション結果によれば、電圧140,000V、電流18mAである。交流化して、コイル変圧器を使用して、電圧を下げて、電流を増やすことも可能だが、100VのAC電源にするためには、一次二次コイルの巻き数の比が1：1000でなければならず、大掛かりな変圧器になり、家庭用には適しない電源となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
［特許文献１］  特開2020-065353号公報  
【非特許文献】
【０００５】
[非特許文献１］2019年米国静電気学会年次大会予稿集A-4
[非特許文献２］[Asymmetric Electrostatic Forces and a New Electrostatic Generator], Nova Science Publishers, New York, 2010
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、電荷搬送体への電荷の注入を充電方式で行い、電荷搬送体を非対称静電力で駆動する静電発電機の出力を、コイル変圧器を使用せずに、電圧を下げて電流を増加させることにある。
【課題を解決する為の手段】
【０００７】
上記本発明の目的は、装置全体の大きさは変えず、充電エレクトレット、回収電極、電荷搬送体の各主要部品およびそれらの間隔の寸法を、たとえば、1/100に縮めることで達成できる。
【発明の効果】
【０００８】
装置の設置面積を変えずに、高すぎる出力を適正化し、低すぎる出力電流を高めることができる。さらに、装置の体積当たりの出力を大幅に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、クーロンの法則を説明する模式図である。
【図２】図２は、横向き樋型導体を用いた非対称静電力（クーロン力）を説明する模式図である。
【図３】図３は、接地導体平板に近接した点電荷に作用する鏡像力を説明する模式図である。
【図４】図４は、接地導体平板に近接した横置き樋型導電性帯電体に作用する非対称鏡像力を説明する模式図である。
【図５】図５は、鏡像力駆動型静電発電機の基本構造を示す縦断面図である。
【図６】図６は、充電電極を使用する鏡像力駆動型静電発電装置のより詳細な縦断面図である。
【図７】図７は、電荷搬送体を載せた電荷搬送体円板の斜視図である。
【図８】図８は、装置全体の斜視図である。
【図９】図９は、電荷が注入された電荷搬送体が、充電エレクトレットを抜けて、その先端が回収電極に到達するまでに受ける静電力を示すグラフである。
【図１０】図１０は、充電エレクトレットと回収電極が放射状に形成された固定電極円板の平面図である。
【図１１】図１１は、複数の電荷搬送体が、中心から円周にかけて放射状に配置された電荷搬送体円板の平面図である。
【図１２】図１２は、縮小された電荷搬送体が、充電エレクトレットを抜けて、その先端が回収電極に到達するまでに受ける静電力を示すグラフである。
【図１３】図１３は、電荷搬送体を電荷搬送体ベルト上に互いに平行に配して、上下固定電極板の間を循環させる装置の縦断面図である。
【図１４】図１４は、電荷搬送体を電荷搬送体円筒上に互いに平行に配して、内外固定電極円筒の間を回転させる装置の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
出力電圧を下げ、電流を増加させて一般用途用の発電機とするという目的を、主要部品のサイズを1/100に縮小することで達成した。
【実施例１】
【００１１】
非対称静電力を電荷搬送体の駆動力とする静電発電方法はいくつかあるが、その中で装置がもっとも簡単な鏡像力駆動型静電発電機で、出力の低電圧高電流化方法を説明する。
【００１２】
通常、電界E中に置かれた電荷ｑに働く静電力は、（1）式で計算され、クーロン力と呼ばれる。
F = qE
（1）
【００１３】
図１において、参照番号１は高圧電極、参照番号２は接地された第一対向電極、参照番号３は点電荷、参照番号４は点電荷に作用する静電力のベクトル、参照番号５は電界（電気力線）、及び参照番号６は、接地された第二対向電極を示している。つまり、図１の中央左側において、例えば、電界の強さが106 V/mで、点電荷の電荷量が10-7Cの時、点電荷に作用する静電力は0.100Nになる。一方、図１の中央右側のように、電界の方向が反転した時、該点電荷に作用する静電力の方向も反転するが、その大きさ（絶対値）は0.100Nであり、変わらない。
しかし、クーロンの法則は、点電荷又は点電荷とみなせる球形の帯電体にしか適用できない。
【００１４】
これに対して、出願人は、電界中に置かれた非球形の帯電した導体に作用する静電力を求める際、クーロンの法則ではその計算ができないので、特許文献１に記載する二次元差分法を使って、電界の方向が反転する前と後の、当該導体に作用する静電力をシミュレーションした。具体的には、図２に示すように、参照番号７で示す帯電した導体の形状を樋型とし、その帯電量と電界の強さは図１と各同じとした。
その結果、電界の方向が反転すると、静電力の強さは、0.083Nから、0.038Nと半分以下になることが分かった。以下、これを非対称クーロン力という。
【００１５】
図３に示すように、点電荷3が、接地導電性平板2から距離ｒにあるとき、該点電荷には、（２）式で計算される静電気力が働く。以下、これを鏡像力という。
F = ｑ2/4πε0(2r)2
(2)
この式が適用されるのは、やはり点電荷の場合である。そこで、図4に示すように、導電性帯電体の形状が樋型の場合に、該樋型導電性帯電7に働く静電力をシミュレーションで求めた。その結果、帯電量ｑが10-6C、間隔ｒが1.0mmの時、樋型7開口部を平板2に対向させた場合32.4Nだったが、その底面部を対向させた場合、倍以上の69.0Nになった。以下、これを非対称鏡像力という。
【００１６】
そこで、鏡像力駆動型静電発電機では、非対称クーロン力と非対称鏡像力の両方の効果を使用する。図5に、その鏡像力駆動型静電発電機の基本構造を示す。
主要部品は、充電電位源8（通常はエレクトレットを使用する（以下、充電エレクトレットという））、横置き樋型電荷搬送体7と回収電極9の3点のみである。実際は、そこに図6に示すように、回収電極コンデンサー10、電荷注入導電性端子11と電荷回収導電性端子12が加わるが、以下、説明の簡略化のため、主に主要部品3点のみで行う。
【００１７】
電荷搬送体7が左から、充電エレクトレット8に入り、図6に示される位置に来たとき、電荷搬送体7の上下平板72と、充電エレクトレット8間に空気コンデンサーが形成される。この時、電荷注入端子11により電荷搬送体7が接地されると、該空気コンデンサーへの充電電荷が大地より電荷搬送体7に注入される。その後、帯電された電荷搬送体7はさらに右方向に進み、回収電極9の中に入る。そこで、電荷回収端子12により回収電極9と電気的に連結され、帯電電荷は回収電極9を通って、回収電極コンデンサー10に蓄積され、さらに図示しない回路を通じて外部負荷に流れる。
【００１８】
充電エレクトレット8が負帯電の場合、電荷搬送体7は正帯電される。その結果、充電エレクトレット8と回収電極9の間を右に進む電荷搬送体7には、負帯電エレクトレットにより左向きにクーロン力が働く。またエレクトレットの背面電極により、やはり左向きに鏡像力が働く。
一方、回収電極により右向きの鏡像力が働く。充電エレクトレット8を出た直後は、左向きのクーロン力と鏡像力の合力が強いが、回収電極に接近すると右向きの鏡像力が強くなる。
【００１９】
非対称効果で、横置き樋型電荷搬送体7の後方上下水平板７２のエッジに働く、左向きのクーロン力および鏡像力は弱く、水平板７２の表裏に垂直に働く静電力は、上方向と下方向が同じ強さで相殺され、前方垂直板部７１に働く右向きの鏡像力は強い。この結果、右向きの静電力が左向きの静電力より強くなり、電荷搬送体7は、充電エレクトレット8から回収電極9に到達することができる。そこで、電荷搬送体７により搬送された電荷が回収電極９に回収されれば、この装置は静電発電機になる。回収されなければ、静電モーターになる。
【００２０】
そこで、静電発電機としての電気的出力すなわち電力をシミュレーションで求めてみる。
該鏡像力駆動型静電発電機の装置構成を図７と図８で示す。図７は電荷搬送体を載せた電荷搬送体円板の斜視図で、図８は装置全体の斜視図である。両図において、参照番号８は、充電エレクトレット、７は電荷搬送体、９は回収電極、１４は電荷搬送体７を載せた回転可能な電荷搬送体円板、１３と１５は、向かい合わせの同じ位置に、充電エレクトレット８と回収電極９が設置され固定された充電回収円板、１６は回転軸である。なお、この1組の装置を以下1ユニットと呼ぶ。
【００２１】
半径100mmの電荷搬送体円板１４に、中心から35mm乃至95mmに、長さ60mmの樋型電荷搬送体７を60度おきに6個配置する。電荷搬送体７の幅と高さは10mmである。電荷搬送体７の長さ方向の真ん中は中心から65mm、ゆえにその円周は408mmである。102mm置きに、充電エレクトレット８と回収電極９の組を4個置く。前の回収電極９’と充電エレクトレット８の間隔は20mm、充電エレクトレット８の幅は20mm、回収電極９までの距離は32mm、回収電極４の幅は30mmである。電荷搬送体７の後方平板７２と充電エレクトレット８の間隔は1.0mmで、上下充電回収円板間の間隔は20mmである。
【００２２】
充電エレクトレットの電荷密度を、現状で入手可能な最高値、-2.0ｍC/m2   とし、テフロン（登録商標）樹脂で構成されるエレクトレット層の厚さが、1.6mm、その比誘電率が2.0の時、エレクトレットの表面電位は180,709Vになる。
実際には、該高電位は、大気中では空気の絶縁破壊が発生して維持できないので、真空中を仮定している。また、該高電位を真空中で形成するためには特殊な工法が必要になるがここでは省略する。
この状態で、電荷搬送体７が図６に示す位置に来て、充電接地端子１１により接地されたとき、1.47μCの電荷が充電され、注入される。
【００２３】
ここで、1.47μCの電荷が注入された電荷搬送体７が、充電エレクトレット７を抜けて、その先端が回収電極９に到達するまでに受ける静電力を、特許文献１にその詳細を示す二次元差分法でシミュレーションして求め、その結果を図９に示す。
同図より、電荷搬送体7が充電エレクトレット8を出た後、約7.5mmの間は、該電荷搬送体7に働く静電力はマイナス、すなわち左向きであるが、7.5mmを越えるとプラス、すなわち右向きに転じ、しかもその絶対値がより大きくなることが明らかである。
【００２４】
この結果、回収電極９に到達した電荷搬送体７には、0.205Jの余剰な運動エネルギーが残されている。仮に、真空中の移動で空気抵抗がなく、また機械的な摩擦もないと仮定すれば、この余剰な運動エネルギーは、すべて、搬送電荷を電気的により高いポテンシャルに持ち上げるのに使用できる。
余剰エネルギーWで、電荷qを、持ち上げられるポテンシャルVは（３）式で求められる。
V = W/q
（３）
すなわち139,632Vになる。これが、回収可能な、すなわち発電可能な最高電位である（以下、回収電位と言う）。
【００２５】
ここで、1個の電荷搬送体７が1回転するときに、４回、充電エレクトレット８と回収電極９を通過するので、その間に搬送回収される電荷量は、計算式1.47μC × 4 = 5.88μCで表わされる。
電荷搬送体円板１４上には、６個の電荷搬送体７があるので、電荷搬送体円板１４が1回転するときに搬送する電荷量は、5.88μC × ６= 35.28μCである。
電荷搬送体円板１４の回転数が、使用するボールベアリングの最大回転数30,000rpmとすると、1秒間に500回転になる。ゆえに1秒間に搬送される電荷量は35.28μC × 500 = 17640μC、すなわち、17.64mAになる。
この結果、発電量Pは電流iと電圧Vの積であり、（４）式で計算され、2458Wになる。
P = I * V
(4)
依って、例えば、２０cm × ２０cm、厚さ２cmのＣＤカセットのような装置で2kW以上も発電できる。
しかしながら、汎用電源としては、電圧140,000Vが高すぎ、電流17.6mAは低すぎる。交流にして、コイル変圧器を使用し電圧を下げて電流を増やすことは可能だが、コイル変圧器の一次側と二次側巻線の比が、1000:1にもなるので、実用的ではない。
【００２６】
そこで、第一の実施例として、回収電位を140,000Vから1,400Vに下げるために、従来例の装置サイズを、XYZの3方向とも1/100に縮める。
すなわち、電荷搬送体７の幅と高さを10mmから0.1mmに、長さを60mmより0.6mmに縮める。また、充電エレクトレット８の幅と長さをそれぞれ20mm、60mmから、0.2mm、0.6mmにし、回収電極９の幅と長さを、それぞれ30mm、60mmから0.3mm、0.6mmにし、充電エレクトレット８と回収電極9の間隔も32mmから0.32mmに縮める。
【００２７】
そして、これら縮小した充電エレクトレット８と回収電極９を、図１０に示すように、半径100mmの充電回収円板１５の表面、および同径の充電回収円板１３の裏面にそれぞれ放射状に形成する。
縮小した充電エレクトレット8の長さは0.6mmなので、半径方向に0.8mm間隔で、中心より16.8mmの地点より96.0mmの地点まで、１００個、図のように並べる。尚、同図では簡略化のため5個のみ表示している。
そして、該充電エレクトレット８の横方向には、0.32mm離して回収電極９を置く。すなわち、円周方向に充電エレクトレット８と回収電極９が交互に配置される。なお、同図では簡略化のためその一部のみ表示している。
【００２８】
ここで、この充電エレクトレット８と回収電極９が交互に配置された１００個の円環を外側から、中心点に向かって、第１周、第２周、乃至第１００周とする。この場合、第1周の半径は96mmなので、その円周長は603mmである。前の回収電極９’と充電エレクトレット８の間隔を0.24mmだけ取ると、充電エレクトレット８の幅は0.20mm、回収電極９までの距離は0.32mm、回収電極４の幅は0.30mmなので、これら1組で1.06mmになり、570組が第1周に並ぶ。
また、第2周の円周長は598mmなので、564組が並ぶ。そして、第１００周では、円周長が106mmなので、１００組が並ぶ。
【００２９】
又、縮小された電荷搬送体７も、図１１に示すように、第1周から第１００周にかけて放射状に配置される。隣り合う電荷搬送体7間の間隔は、0.55mmなので、第一周、第2周、及び第１００周に、それぞれ1097、1088、及び192個の電荷搬送体７が置かれる。
【００３０】
充電エレクトレット８のテフロン（登録商標）層８１の厚さも、1.6mmから0.016mmに縮められ、充電エレクトレット８と、電荷搬送体７の後方平板７２との間隔も、1.0mmから0.01mmに縮められる。テフロン層の比誘電率たる2.0と、その電荷密度たる-2.0mC/m2は、そのまま変わらない。この結果、充電エレクトレット8の表面電位は、-180,000Vから-1,800Vに下がる。ただし、充電され電荷注入された電荷搬送体の帯電電荷密度は変わらない。なんとなれば、テフロン（登録商標）層の誘電厚み（厚さを比誘電率で除した値）と、充電エレクトレット８と電荷搬送体７の後方平板７２の間隔との比が、変わらないからである。しかし、電荷搬送体７の面積は1/10,000に減少しているので、帯電量も、1.47μCの1/10,000の1.47E-10[C]に減少している。
【００３１】
以上の条件で、1.47E-10[C]に充電された縮小電荷搬送体７が、縮小された充電エレクトレット８から縮小された回収電極９に移動する間に受ける静電力を従来例と同様にシミュレーションした。その結果を、図１２に示す。
図示する通り、充電エレクトレット７を抜けた直後は、マイナスの、すなわち左向きの力を受けているが、電荷搬送体7の後端が充電エレクトレット８より75μm離れると、プラスに、すなわち右向きの力に変わり、左向きの力よりかなり強くなることが分かる。この結果、回収電極９に到達した電荷搬送体７には0.205μJの運動エネルギーが保持されている。よって、該余剰エネルギーで、1.47E-10[C]の電荷の電気的ポテンシャルは1396Vに高めることができる。すなわち、回収電位は1396Vになる。
【００３２】
よって、第1周には、597組の充電エレクトレット８と回収電極９があり、また1097個の電荷搬送体７があり、各電荷搬送体７には、1.47E-10[C]の電荷が充電されているので、電荷搬送体円板１４の1回転で、597個の回収電極９に回収される電荷の量は、597 * 1097 * 1.47E-10[C] = 9.17E-5[C]になる。
電荷搬送体円板１４が、ベアリングの最高回転数30,000rpmで回転するとすると、1秒間には500回転する。ゆえに、1秒間に、9.17E-5[C] * 500 = 0.0459[C]の電荷が回収される。すなわち、回収（発電）電流は0.0459Aである。回収電位が1396Vなので、発電量は0.0459A * 1396V = 64.0Wになる。以下同様に計算していくと、第１００周の電流は0.0014Aで、発電量は2.0Wになる。
【００３３】
第1周から第１００周まですべて足し合わせると、電流は1.85A、電圧は1396V、出力は2581Wになる。つまり、縮小する前の装置では、電流0.0176A、電圧139,600V、出力2458Wだったので、電圧が1/100になり、電流が105倍、出力も105倍になったことが分かる。そして、この電圧であれば、コイル変圧器の一次・二次巻線数比は10：1で、140V、18.5Aに変換容易である。
【００３４】
なお、電荷搬送体７の帯電電荷密度が同じで、電荷搬送体円板１４上の電荷搬送体面積がほぼ同じ（従来例で3600mm2、本実施例で3866mm2）なのに、電流が105倍にもなったのは、充電エレクトレット８と回収電極9間の距離が、32mmから0.32mmと1/100になり、充電から回収までの時間が1/100になったためである。すなわち、本実施例では、従来例で1回充電・回収が行われる間に、１００回も充電・回収が行われたためである。
【００３５】
この結果から、電荷搬送体７の進行方向のサイズが関係し、直角（上下）方向のサイズは関係ないことは明らかである。そのため、電荷搬送体７の長さを0.6mm以上にすることが可能である。ただし、従来例のように60mmに戻した場合、電荷搬送体７間の間隔が、電荷搬送体円板１４の中心近くでは狭く、円周部分では広くなり不都合である。ゆえに、例えば、その長さを6.0mmとして、円周から中心に向けて、１０周に分けて配置するのが適当と思われる。
【００３６】
なお、上記において、上記長さが6.0mmの場合、第一周のみでも、発電量は約600wあり、以下に記すように、多層化も可能なので、製法が簡単になる第一周のみも選択枝である。
【００３７】
さらに、この場合、電荷搬送体７を互いに導通し、電荷搬送体間の間隔を、充電エレクトレット８間、及び回収電極９間の間隔と同じにすれば、個々の充電エレクトレット８の電荷注入導電性端子11と、個々の回収電極９の電荷回収導電性端子12は不要となる。即ち、その代わりに、電荷搬送体７と大地をつなぐ高速スイッチングトランジスタおよび電荷搬送体７と回収電極９をつなぐ高速スイッチングトランジスタを置き、電荷搬送体７が、充電エレクトレットに入った時、および回収電極に入ったとき、それぞれ瞬間的にＯＮにすればよい。 
【００３８】
更に、XYZの3方向を1/100に縮小したので、装置の高さも、20mmから0.2mmに薄くなっている。よって、従来例の装置の200 * 200 * 20mmのＣＤカセットサイズであれば、１００ユニット積層できるので、その出力は、計算上258kW（1400V、185A)にもなる。
【００３９】
また、電荷搬送体７の単位質量あたりに働く静電力が大幅に増えた。つまり、従来例の電荷搬送体７の質量は0.972gであった。これに対して、本実施例の電荷搬送体７の質量は、1/100.000の0.972E-6gであった。
一方、これに作用する静電力は、その最大値で、従来例は51.36N、本実施例は、その1/1.000の0.005136Nであった。この結果、単位質量あたりに作用する静電力の大きさは、本実施例においては従来例の１００倍になった。この結果、装置内を真空にしなくとも、空気抵抗に打ち勝って、電荷搬送体７を駆動できるようになった。
【実施例２】
【００４０】
以下、第二の実施例を説明する。コイル変圧器を使用せずに、直接140Vを実現するためには、理論上は、従来例のサイズを、1/100ではなく、1/1000にすればよい。しかし、この場合充電エレクトレット８の幅は20μmに、その厚さは1.6μmになってしまう。よって、製造上困難である。
そこで、実施例２において、充電エレクトレット８の電荷密度を、実施例1の-2.0ｍC/m2  から、1/10の-0.2ｍC/m2  に下げた。即ち、静電エアーフイルター等で通常使用されている値である。
【００４１】
この結果、1個の電荷搬送体７に充電され注入される電荷量は、1/10の1.47E-11[C]になり、回収電極９に到達した時の余剰エネルギーは、1/100の2.05E-9Jになった。この結果、（1）式で求められる回収電位は、1/10の140Vになった。
そして、実施例1と同様に、第1周から第１００周までの電流と発電量を計算し合計したところ、0.184A、25.8Wになった。従って、CDカセットサイズに１００ユニットを積層した場合、18.4A、2.58kWとになる。よって、DCの140Vなので、低価格のトランジスター製インバーターで容易にACの100Vに変換でき、家庭用電源として使える。
【実施例３】
【００４２】
以下、第三の実施例について説明する。実施例1および２では、電荷搬送体７を電荷搬送体円板１４上に、放射状に配して、電荷搬送体円板１４を、充電回収円板１３、１５の間を回転させたが、図１３に模式的に示すように、電荷搬送体７を電荷搬送体ベルト１４上に互いに平行に配して、上下固定電極板１３、１５の間を、非対称鏡像力で走行させてもよい。
具体的には、実施例１と２で使用した電荷搬送体７、充電エレクトレット８、回収電極９の幅はそのままで、長さのみ、0.6mmから、300倍の180mmに伸ばし、幅190mmの電荷搬送体ベルト１４及び上下固定電極板１３、１５上に、進行方向に直角に、互いに平行に配した。
【００４３】
かかる構成において、実施例２と同様に、電荷搬送体７に充電される電荷量を二次元差分法シミュレーション(特許文献１)で求めたところ、３００倍の、4.402E-9[C]になった。また、該帯電した電荷搬送体に作用する静電力も３００倍となり、余剰エネルギーも300倍となった。この結果、回収電圧は140Vと同じになった。
【００４４】
ここで、上下固定電極板１３、１５および電荷搬送体ベルト１４の幅は180mmなので、1周で360mmである。ここに、充電エレクトレット８と回収電極９の1組が、1.06mm間隔で並ぶので、３４０個の組がある。また、0.55mm間隔で、電荷搬送体７が配されているので、その数は655個である。
故に、ベルト１４の1回転で、340 * 655 = 222,700回の、充電・回収、すなわち発電がおこなわれる。1回の充電・回収で、4.402E-9[C]の電荷が搬送されるので、ベルト１４の1回転で、4.402E-9[C] * 222,700 = 9.8E-4[C]の電荷が、0Vから140Vに高められる。
ベルト１４の線速を、36m/sとすると、ベルト１４は1秒間に１００回転する。この結果、発電電流は9.8E-2(A)になる。回収電圧が140Vなので、発電量は13.7Wになる。筐体１８の幅を200mm、高さを1mmとすると、CDカセットサイズに20段重ねられるので、その出力は140V、1.96A、274Wになる。
【００４５】
なお、電荷搬送体ベルト１４を循環させる代わりに、電荷搬送体板として、往復運動させてもよい。この場合、戻り工程で働く力は、例えばバネ力である。磁力や重力等でもよい。
【実施例４】
【００４６】
以下、第四の実施例について説明する。実施例３では、長尺の電荷搬送体７を、循環するベルトに配置したが、これに替えて、図１４に示すように回転する円筒１４に配置してもよい。なお、同図では、電荷搬送体７が6個、充電エレクトレット８および回収電極９の組が3個づつしか表示されていないが、実際には次に記載するように、1028個と、533個づつ配置されている。
この場合、電荷搬送体７、充電エレクトレット８、回収電極９の各サイズとそれらの間隔、および充電エレクトレット７の電荷密度は、実施例３と同じなので、充電電荷量及びそれに働く静電力も実施例３と同じになり、回収電極に到達した余剰エネルギーも同じで、回収電位は同じく140Vになる。
【００４７】
ただし、ベルト１４の周囲長と、円筒１４の周囲長は異なり、両者の周速も異なるので、発電量は異なってくる。即ち、内外固定電極円筒１３、１５および電荷搬送体円筒１４の直径を180±0.1mmとすると、1周で565mmである。ここに、充電エレクトレット８と回収電極の組が1.06mm間隔で並ぶので、533個の組がある。また、0.55mm間隔で電荷搬送体７が配されているので、その数は1028個である。故に、円筒１４の1回転で、533 * 1028 = 548,502回の、充電・回収、すなわち発電がおこなわれる。
1回の充電・回収で、4.402E-9[C]の電荷が搬送されるので、円筒１４の1回転で、4.402E-9[C] * 548,502 = 1.33E-3[C]の電荷が、0Vから140Vに高められる。
円筒１４の回転数を、これを保持するボールベアリングの最高回転数30,000rpmとすると、円筒１４は1秒間に500回転する。この結果、発電電流は1.2Aになる。回収電圧が140Vなので、発電量は168Wになる。
【００４８】
この装置の筐体１８のサイズは200 * 200 * 200mmなので、充電エレクトレットの電荷密度が-0.2mC/m2となり、同じである実施例２や３に比較して、体積当たりの発電量は桁違いに小さい。この原因は、電荷搬送体円筒１４の内部に大きなムダな空間があるためである。
ここに、電極円筒１３、１５および電荷搬送体円筒１４の直径を少しづつ小さくして多数入れることで、発電量は大幅に増大できる。
【００４９】
また、内部のムダな空間を残したままでも、充電エレクトレットの電荷密度を、現在製造可能な最大値、-2.0mC/m2とするだけで、発電電流は12A、回収電圧は1400V、発電量は16.8kWになる。
回収電圧は回収可能最高電圧なので、1400V以下ならどの値でも取りうる。例えば、140Vにすれば、12Aで1.68kWの発電機になる。故に、該発電装置を3個重ねれば、36A、5.0kWになり、一般家庭用電源になる。
【００５０】
以上、４実施例とも、充電方式による電荷注入を使用する鏡像力駆動型静電発電機で説明したが、同静電モーターおよび静電加速器の場合は、電荷注入された電荷搬送体７に作用する静電力の大きさのみが問題で、充電エレクトレットの電位がいかに高くとも問題なく、サイズダウンする必要はない。
【符号の説明】
【００５１】
１：  高圧電極
２：  第一対向電極
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：  第二対向電極
７：  電界の方向に前後非対称な形状（樋型）を有する導体（電荷搬送体）
７１：非対称電荷搬送体の前方垂直板
７２：非対称電荷搬送体の後方上下水平板
８：  充電電位源（充電エレクトレット）
８１：充電エレクトレットの樹脂層
８２：充電エレクトレットの背面電極層
９：  電荷回収電極
１０：  電荷回収電極に接続されたコンデンサー
１１：  電荷注入導電性端子
１２：  電荷回収導電性端子
１３：  その裏面に、充電電位源と回収電極が配置された充電回収基板
１４：  横置き樋型電荷搬送体が配置された電荷搬送体基板
１５：  その表面に、充電電位源と回収電極が配置された固定電極基板
１６：  電荷搬送体円板の支柱
１７：  ベアリング
１８：  発電機の筐体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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