JPH089662A - 静電モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電磁波−電気変換素子が発電したエネルギー
を有効に利用してトルクを大きくした静電モータを提供
する。 【構成】 回転自由に設け、電気的に分割された複数の
光電変換素子２１、２２をそなえた回転子２と、回転子
２に近接して配置した駆動電極４を設け、光電変換素子
に順次電磁波を照射して、駆動電極４との静電吸引力あ
るいは反発力により回転子２を回転させる静電モータに
おいて、回転子２と同軸に電極板５、６を設け、各電極
板に回転子の光電変換素子と同数の極５１、５２および
６１、６２をそなえ、一方の電極板５の極をそれぞれ光
電変換素子のｐ型に、他方の電極板６の極をそれぞれｎ
型に接続し、電極板相互間に電極板の電界との相互作用
で吸引力または反発力を生じる誘電体で形成した固定子
９を配置し、電極板に生じるトルクを回転子のトルクに
重畳させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電磁波−電気変換素子
を用いた静電モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】太陽電池に用いられているような電磁波
−電気変換素子（以下、光電変換素子という。）を複数
の領域に構成した半導体基板を回転自由に支持させ、こ
の半導体基板の表面に近接して配置した駆動電極に印加
する電界と、前記基板に電磁波を照射して光電変換素子
表面に生じさせた電荷との間に作用する吸引力を利用し
て、前記基板を回転駆動させる静電モータは、特開平４
−２６１３７３号などに示されている。

【０００３】このような静電モータは図４にその概念図
を示すように、回転軸１に取り付けられた半導体素子か
らなる円板状の回転子２をそなえ、この回転子２を分離
帯３によって複数の領域２１、２２・・・に電気的に分
割し、各領域は表面側にｐ型半導体を、裏面側にｎ型半
導体を形成させた光電変換半導体素子を構成させてい
る。この回転子２の表面に近接して前記領域の１つに合
わせた金属導体からなる駆動電極４を配置し、この駆動
電極４にマイナスの電界を印加させている。

【０００４】したがって、回転子２の領域２１の光電変
換素子に表面から光１０を照射すると、領域２１のｐ型
表面にプラス電荷を生じて駆動電極４のマイナス電界と
の間に静電吸引力が発生し、回転子２の領域２１を、駆
動電極４側に吸引駆動して矢印方向に回転させる。回転
により領域２１が駆動電極４の陰に入るとプラス電荷が
なくなり、駆動電極４との静電吸引力を失うが、次の領
域２２の光電変換素子に光が照射されてプラス電荷を生
じ、連続して回転させることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、このような
従来の構成では、光の照射によって回転子表面のｐ型素
子にプラス電荷が生じるだけでなく、裏面のｎ型素子に
マイナス電荷が同時に生じるため、このマイナス電荷と
駆動電極４との間に静電反発力が発生しており、総合す
ると静電吸引力が弱くなり、トルクが小さくなるという
問題があった。すなわち、各領域２１、２２・・・の光
電変換素子によって発電されたエネルギーが有効にトル
クとして利用されていなかった。本発明は、光電変換素
子が発電したエネルギーを有効に利用して、トルクが大
きい静電モータを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため、本発明は光電
変換素子を用いた静電モータにおいて、回転子と同軸に
対の電極板を設け、各電極板に回転子の光電変換素子と
同数に分割した極をそなえ、一方の電極板の極をそれぞ
れ対応する領域の光電変換素子のｐ型に、他方の電極板
の極をそれぞれｎ型に接続し、電極板相互間に電極板の
電界との相互作用で吸引力または反発力を生じる誘電体
で形成した固定子を配置している。

【０００７】

【作用】したがって、電磁波によって光電変換素子に生
じた電気エネルギーは、電極板間に電界として集中的に
蓄えられ、誘電体からなる固定子との相互作用によって
電極板にトルクを発生させ、このトルクを回転子のトル
クと重畳させることにより、光電変換素子のエネルギー
を有効に利用する。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１に基づいて説明
する。１は回転軸、２は回転軸１に固着させた回転子
で、シリコンなどからなる円板状の半導体基板で構成さ
れ、酸素イオンの注入などによる分離帯３によって複数
の領域２１、２２・・・に分割し、各領域はそれぞれｐ
ｎ接合により光電変換素子を構成している。したがっ
て、各領域２１、２２・・・の光電変換素子は、太陽光
などの電磁波のエネルギーを電気に変換し、ｐ型面にプ
ラス電荷、ｎ型面にマイナス電荷を誘導する。４は回転
子のｐ型表面に近接して配置した金属導体からなりマイ
ナスの電界を印加した駆動電極で、前記領域に合わせた
形状を有し、入力光を遮る遮光板を兼ねている。

【０００９】５、６は回転軸１に取り付けた対の電極板
で、それぞれ分離帯７、８によって回転子２の領域と同
数の極に電気的に分割し、電極板５の極５１、５２・・
・は順次に回転子２の領域２１、２２・・・のｐ型に、
電極板６の極６１、６２・・・は同様に回転子２の領域
２１、２２・・・のｎ型に、それぞれ導電線あるいは回
転軸に蒸着などのフォトファブリケーションにより形成
した導電帯で電気的に接続されている。９は誘電体で形
成した固定子で、誘電率の高いものがよく、たとえばチ
タン酸バリウムやチタン酸ストロンチウムなどが用いら
れ、前記電極板５、６の対向面間に駆動電極４と同じ関
係位置で配置されている。１０は入力光で、太陽光など
の電磁波が用いられる。

【００１０】このように構成された回転子２の駆動電極
側方の領域２１に、入力光１０が照射されると、領域２
１の光電変換素子はｐ型の表面にプラス電荷を、ｎ型表
面にマイナス電荷を生じる。このため、ｐ型表面のプラ
ス電荷と、これに近接している駆動電極４のマイナス電
界との間に静電吸引力を発生し、回転子２は矢印方向に
回転する。回転により領域２１が駆動電極４の陰に入る
と、この領域の光電変換素子の電荷がなくなり、駆動電
極４との間の静電吸引力も消滅するが、回転子２の回転
で次の領域２２の光電変換素子が入力光１０を受け、こ
の光電変換素子のｐ型面にプラス電荷を、ｎ型面にマイ
ナス電荷を生じ、駆動電極４との間の静電吸引力により
回転子２を矢印方向へ連続回転させる。

【００１１】上述のように、領域２１の光電変換素子に
入力光１０が照射されると、光電変換素子のｐ型とｎ型
の間に電圧を発生し、電極板５の極５１と電極板６の極
６１が、それぞれ領域２１の光電変換素子のｐ型とｎ型
に接続されているので、電圧に見合う電荷が極５１と６
１に蓄えられ、その間の電界が強くなる。誘電体からな
る固定子９は、電界の強い方向へ吸引力を受けるので、
その反作用として電極板５、６が固定子の方向にトルク
を受けて回転する。領域２１が駆動電極４の陰に入る
と、極５１、６１の電圧は消滅するが、次の領域２２の
光電変換素子に発生した電圧で極５２、６２の間の電界
が強くなるので電極板５、６は連続して同方向のトルク
を受ける。したがって、回転軸１は、回転子２によるト
ルクと、電極板５、６に発生するトルクが重畳されて大
きなトルクで回転する。

【００１２】入力光１０を、駆動電極４の反対側の領域
にある光電変換素子に照射させるようにすれば、静電モ
ータを前記と反対方向に回転させることができる。な
お、図の説明では入力光１０を駆動電極４の片側の光電
変換素子だけに照射するように説明したが、入力光が固
定子全面に当たる場合は、遮光板を設けて駆動電極４の
反対側の領域に照射されないようにする。

【００１３】また、駆動電極４および固定子９をそれぞ
れ複数個設ければ、トルクをさらに大きくすることがで
きる。この場合、それぞれの駆動電極４および固定子９
の同じ側に入力光１０を照射させて吸引力の方向を同一
にするとともに、駆動電極相互の間隔を２つ以上の領域
で配置し、照射される領域の両側に駆動電極を配置しな
いようにする必要がある。

【００１４】なお、電極板５、６の取付位置を反対にし
て、ｎ型に接続される電極板６を回転子２側に配置して
もよく、図２に示すように回転子２の駆動電極４と対向
しないｎ型表面を電極板６として用い、ｐ型に接続した
電極板５を対向させ、この電極板５と回転子２との間に
固定子９を配置させることもできる。１１は駆動電極４
と固定子９の支持枠である。

【００１５】また、領域の数は図示のものに限られるも
のではなく、光電変換素子や駆動電極あるいは極と固定
子などの形状も適宜に変更でき、必要があれば、回転子
２の光電変換素子の位置と、この光電変換素子に接続す
る電極板の極の位置をずらせてもよく、この場合は、固
定子９の設置位置を駆動電極４の位置から同様にずらせ
て設ければよい、

【００１６】図３は回転子２および電極板５、６をドー
ナツ状にして回転軸１との間にハブ１２を設けて取り付
けるようにした例を示すもので、ハブ１２の外面に多数
の縦溝１３を設けており、回転子２の各領域のｐ型と電
極板５の各極を接続する導電線１４、および、各領域の
ｎ型と電極板６の各極を接続する導電線１５を、それぞ
れ縦溝１３に沿って配置している。なお、縦溝に替えて
ハブ１２の表面に導電帯を形成して接続するようにして
もよい。

【００１７】

【発明の効果】本発明は上述のように、光電変換素子を
用いて静電吸引力あるいは反発力により回転子を回転さ
せる静電モータにおいて、回転子と同軸に、回転子の光
電変換素子と同数の極を有する対の電極板をそなえ、電
極板のそれぞれの極を、対応する領域の光電変換素子の
ｐ型とｎ型にそれぞれ電気的に接続し、対向させた電極
板相互間に誘電体で形成した固定子を配置しているの
で、回転子の光電変換素子で発生した電圧は電極板の対
向する極間に電界として蓄えられ、固定子に電極板の電
界との相互作用で吸引力または反発力を生じさせ、その
反作用で電極板にトルクを発生させることができ、回転
子の光電変換素子に発生する電気エネルギーを有効に利
用し、駆動電極による回転子のトルクと電極板によるト
ルクを重畳して大きなトルクの静電モータを得られる効
果がある。

【００１８】また、駆動電極と固定子を複数個備えるこ
とによって、さらに大きなトルクを発生させることがで
きる。なお、回転子の駆動電極に対向しない反対側の面
を、一方の電極板として用いることにより、構造を簡単
にし、回転軸の慣性を小さくする効果が得られる。電極
板をドーナツ状にして回転軸との間にハブを設けて取り
付けるようにすれば、ハブの外面に縦溝を設けて回転子
と電極板との接続を行うことができ、導電帯を形成する
場合も、軸径が大きく加工を容易に行い得る効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を概念的に示す斜視図である。

【図２】他の実施例を示す側面図である。

【図３】さらに他の実施例を示す側断面図である。

【図４】従来の静電モータの概念を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 回転軸 ２ 回転子 ３ 分離帯 ４ 駆動電極 ５、６ 電極板 ７、８ 分離帯 ９ 固定子 １０ 入力光 １１ 支持枠 １２ ハブ １３ 縦溝 １４、１５ 導電線 ２１、２２ 領域 ５１、５２、６１、６２ 極

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転自由に設けた半導体基板からなる回
   転子が、複数の領域に電気的に分割された光電変換素子
   をそなえ、光電変換素子に電磁波を照射して前記基板に
   近接して配置した駆動電極との間に生じる静電吸引力あ
   るいは反発力により回転子を回転させる静電モータにお
   いて、回転子と同軸に、回転子の領域と同数に分割した
   極を有する対の電極板をそなえ、一方の電極板のそれぞ
   れの極を対応する領域の光電変換素子のｐ型に、他方の
   電極板のそれぞれの極をｎ型に電気的に接続し、電極板
   相互間に電極板の電界との相互作用で吸引力または反発
   力を生じる誘電体で形成した固定子を配置したことを特
   徴とする静電モータ。
2. 【請求項２】 前記駆動電極と固定子を複数個備えた請
   求項１記載の静電モータ。
3. 【請求項３】 前記回転子の駆動電極と対向しない側の
   面を、一方の電極板として用いる請求項１または２記載
   の静電モータ。
4. 【請求項４】 前記回転軸にハブを設けて回転子および
   電極板を取り付け、ハブの外面に縦溝を設けて回転子と
   各電極板を接続する導電線を配置させた請求項１または
   ２または３記載の静電モータ。