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プラズマアクチュエータ 新技術説明会 実績あり 外国出願あり

国内特許コード P200016918
掲載日 2020年5月22日
出願番号 特願2020-000206
公開番号 特開2020-113534
出願日 令和2年1月6日(2020.1.6)
公開日 令和2年7月27日(2020.7.27)
優先権データ
  • 特願2019-000603 (2019.1.7) JP
発明者
  • 佐藤 慎太郎
  • 大西 直文
出願人
  • 国立大学法人東北大学
発明の名称 プラズマアクチュエータ 新技術説明会 実績あり 外国出願あり
発明の概要 【課題】誘起される流れを加速可能で、流れの制御効果を高めることができる、小型で安価なプラズマアクチュエータを提供する。
【解決手段】複数の電極対12が、所定の方向に向かって上流側から下流側に並べて誘電体層11に設けられている。各電極対12は、誘電体層11の一方の表面側に設けられた上流電極21と、上流電極21との間に誘電体層11を挟むよう誘電体層11の他方の表面側に設けられた下流電極22とを有している。最下流電極13が、誘電体層11の一方の表面側に、最も下流側の電極対12の下流電極22から下流側にずれて配置され、その下流電極22と同じ電位になるよう設けられている。電圧印加手段14が、印加する電圧の極性が隣り合う電極対12で反転するよう、交流電圧または繰り返しパルス電圧を含む電圧を、各電極対12に印加可能に設けられている。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要

航空機の翼周り流れの剥離抑制や流体騒音の低減等を目的として、流体制御デバイスの開発が古くから行われている。従来は、受動的な流体制御デバイスの開発がよく行われていたが、近年は、能動的な流体制御デバイスが注目されており、特に放電によって生じるイオン風を利用して気流を制御するプラズマアクチュエータの開発が精力的に行われている。

例えば、翼周りの剥離流れを効果的に制御することを目的として、2枚の電極と誘電体とで構成される単一のプラズマアクチュエータを用いた流体制御システム(例えば、特許文献1参照)や、誘電体層上に形成された第1電極と、別の誘電体層上に、互いに対向して櫛歯状に形成された1対の第2電極と、さらに別の誘電体層上に、互いに対向して櫛歯状に形成された1対の第3電極とが、誘電体層を介して積層されており、発生させるプラズマの位置を制御することで流れの方向を制御するプラズマアクチュエータ(例えば、特許文献2参照)が開発されている。

また、単一のプラズマアクチュエータの性能を向上させることを目的として、通常は完全に誘電体で被覆されている下部電極の下流側を露出させたものが提案されている(例えば、非特許文献1参照)。また、性能を向上させるために、露出電極を追加し、3枚の電極を用いたプラズマアクチュエータも提案されている(例えば、非特許文献2参照)。

また、性能を向上するために、プラズマアクチュエータを複数並べることが考えられるが、同一の電極配置を有するプラズマアクチュエータを2つ並べた実験により、プラズマアクチュエータ同士の距離が近すぎる場合には、主流方向とは逆向きの流れが形成されるため、主流方向の流れを効果的に加速することができないことが確認されている(例えば、非特許文献3参照)。

産業上の利用分野

本発明は、プラズマアクチュエータに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
誘電体層と、
前記誘電体層の一方の表面に沿って、所定の方向に向かって上流側から下流側に並べて前記誘電体層に設けられた複数の電極対と、
各電極対の下流側で前記誘電体層に設けられた最下流電極と、
交流電圧または繰り返しパルス電圧を含む電圧を、各電極対に印加可能に設けられた電圧印加手段とを有し、
各電極対は、前記誘電体層の一方の表面側に設けられた上流電極と、前記上流電極との間に前記誘電体層を挟むよう前記誘電体層の他方の表面側に設けられ、前記上流電極から下流側にずれて配置された下流電極とを有し、
隣り合う電極対は、下流側の電極対の前記上流電極が、上流側の電極対の前記下流電極から下流側にずれて配置されており、
前記最下流電極は、前記誘電体層の一方の表面側に、最も下流側の電極対の前記下流電極から下流側にずれて配置され、最も下流側の電極対の前記下流電極と同じ電位になるよう設けられており、
前記電圧印加手段は、印加する前記電圧の極性が隣り合う電極対で反転するよう、前記電圧を印加可能に構成されていることを
特徴とするプラズマアクチュエータ。

【請求項2】
前記電圧印加手段は、各電極対の前記上流電極および前記下流電極のいずれか一方に前記電圧を印加したとき、他方を接地するよう構成されていることを特徴とする請求項1記載のプラズマアクチュエータ。

【請求項3】
前記電圧印加手段は、上流側から奇数番目の電極対の前記上流電極と上流側から偶数番目の電極対の前記下流電極とに前記電圧を印加したとき、上流側から奇数番目の電極対の前記下流電極と上流側から偶数番目の電極対の前記上流電極とを接地するよう構成されている、および/または、上流側から奇数番目の電極対の前記下流電極と上流側から偶数番目の電極対の前記上流電極とに前記電圧を印加したとき、上流側から奇数番目の電極対の前記上流電極と上流側から偶数番目の電極対の前記下流電極とを接地するよう構成されていることを特徴とする請求項1または2記載のプラズマアクチュエータ。

【請求項4】
前記電圧は、前記交流電圧または前記繰り返しパルス電圧に、DC電圧を重畳した電圧から成ることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のプラズマアクチュエータ。

【請求項5】
前記電圧印加手段は、DC電源と第1スイッチと第2スイッチとを有し、各電極対の前記上流電極および前記下流電極のいずれか一方を、前記第1スイッチを介して前記DC電源に電気的に接続すると共に前記第2スイッチを介して接地しており、他方を接地しており、前記第1スイッチをONにすると共に前記第2スイッチをOFFにし、前記第1スイッチをOFFにすると共に前記第2スイッチをONにする動作を繰り返すよう構成されていることを特徴とする請求項4記載のプラズマアクチュエータ。

【請求項6】
前記電圧印加手段は、DC電源と第1スイッチと第2スイッチと第3スイッチと第4スイッチとを有し、各電極対の前記上流電極および前記下流電極のいずれか一方を、前記第1スイッチを介して前記DC電源に電気的に接続すると共に前記第2スイッチを介して接地しており、他方を、前記第3スイッチを介して前記DC電源に電気的に接続すると共に前記第4スイッチを介して接地しており、前記第1スイッチおよび前記第4スイッチをONにすると共に前記第2スイッチおよび前記第3スイッチをOFFにし、前記第1スイッチおよび前記第4スイッチをOFFにすると共に前記第2スイッチおよび前記第3スイッチをONにする動作を繰り返すよう構成されていることを特徴とする請求項4記載のプラズマアクチュエータ。

【請求項7】
誘電体層と、
前記誘電体層の一方の表面側に設けられた上流電極と、
前記上流電極との間に前記誘電体層を挟むよう前記誘電体層の他方の表面側に設けられ、前記上流電極から所定の方向にずれて配置された下流電極と、
前記誘電体層の一方の表面側に、前記下流電極から前記所定の方向にずれて配置され、前記下流電極と同じ電位になるよう設けられた最下流電極と、
交流電圧または繰り返しパルス電圧を含む電圧を、前記上流電極および前記下流電極のいずれか一方に印加可能に設けられ、前記一方に前記電圧を印加したとき、他方を接地するよう構成された電圧印加手段とを、
有することを特徴とするプラズマアクチュエータ。

【請求項8】
前記上流電極および前記最下流電極は、それぞれ前記所定の方向に沿って並んだ1対の分割電極に分割されており、各対の上流側または下流側の分割電極に、抵抗器が接続されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のプラズマアクチュエータ。
国際特許分類(IPC)
Fターム
  • 2G084AA23
  • 2G084BB07
  • 2G084BB35
  • 2G084BB37
  • 2G084CC03
  • 2G084CC08
  • 2G084CC20
  • 2G084CC34
  • 2G084DD15
  • 2G084DD22
  • 2G084DD25
  • 2G084DD32
  • 2G084DD39
画像

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JP2020000206thum.jpg
出願権利状態 公開
参考情報 (研究プロジェクト等) 大西研究室/高橋研究室
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