JP2020191777A

JP2020191777A - Transducers and actuators and energy harvesters using them

Info

Publication number: JP2020191777A
Application number: JP2020084235A
Authority: JP
Inventors: 祥悟門田; Shogo Kadota; 良元藤原; Yoshimoto Sujirawa; 進士　忠彦; Tadahiko Shinshi; 忠彦進士; 冬韓; Dong Han; 諒木根; Makoto Kine
Original assignee: TDK Corp; Tokyo Institute of Technology NUC
Current assignee: TDK Corp; Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2019-05-14
Filing date: 2020-05-13
Publication date: 2020-11-26

Abstract

【課題】力と電気との変換効率が優れたトランスデューサを提供する。【解決手段】トランスデューサ１は、磁石１０Ａと、磁石１０Ａの磁極面１１と重なる配線２０とを備える。配線２０は、磁極面１１と重なる部分において、互いに同方向に電流が流れる複数の配線部分２１〜２３を有し、且つ、磁極面１１に対して垂直な方向における幅をａとし、磁極面と平行な方向における幅をｂとした場合、ａ／ｂで定義されるアスペクト比が１を超える。このように、配線２０のアスペクト比が１超であることから、磁石１０Ａと重なる部分により多くの配線部分を配置することが可能となる。これにより、電気と力の相互変換効率を高めることが可能となる。【選択図】図１PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a transducer having excellent conversion efficiency between force and electricity. A transducer 1 includes a magnet 10A and a wiring 20 that overlaps a magnetic pole surface 11 of the magnet 10A. The wiring 20 has a plurality of wiring portions 21 to 23 in which currents flow in the same direction with each other at a portion overlapping the magnetic pole surface 11, and the width in the direction perpendicular to the magnetic pole surface 11 is a. When the width in the parallel direction is b, the aspect ratio defined by a / b exceeds 1. As described above, since the aspect ratio of the wiring 20 is more than 1, it is possible to arrange more wiring portions in the portion overlapping the magnet 10A. This makes it possible to increase the efficiency of mutual conversion between electricity and force. [Selection diagram] Fig. 1

Description

本発明は電磁誘導デバイスであるトランスデューサに関し、特に、アクチュエータ又はエネルギハーベスタとして利用できるトランスデューサに関する。 The present invention relates to a transducer that is an electromagnetic induction device, and more particularly to a transducer that can be used as an actuator or an energy harvester.

近年、磁石とコイルを用いて微弱な振動を電力に変換する装置が注目されている。このような装置は、エネルギハーベスタ又はマイクロ発電デバイスと呼ばれ、外部電源や電池が不要な電源フリー自立型モジュールへの応用が期待されている。例えば、特許文献１には、板状の磁石と２つのコイルを用いたエネルギハーベスタが開示されている。また、特許文献２には、多極磁石とそれに合わせた蛇行形状コイルを用いたアクチュエータが開示されている。 In recent years, a device that converts weak vibration into electric power by using a magnet and a coil has attracted attention. Such a device is called an energy harvester or a micro power generation device, and is expected to be applied to a power-free self-supporting module that does not require an external power source or a battery. For example, Patent Document 1 discloses an energy harvester using a plate-shaped magnet and two coils. Further, Patent Document 2 discloses an actuator using a multi-pole magnet and a meandering coil matching the multi-pole magnet.

特開２００９−２６８２２９号公報JP-A-2009-268229 国際公開第２０１７／１２６５７７号パンフレットInternational Publication No. 2017/126577 Pamphlet

エネルギハーベスタにおいて発電量と発生電圧を大きくするためには、磁石と重なる配線の本数を増やすこと、並びに、配線の電気抵抗を小さくすることが有効である。しかしながら、磁石と重なる配線の本数を増やすために配線を細くすると電気抵抗が大きくなり、配線の電気抵抗を小さくするために配線を太くすると磁石と重なる配線の本数が減るため、両立は必ずしも容易ではないという問題があった。 In order to increase the amount of power generation and the generated voltage in the energy harvester, it is effective to increase the number of wires that overlap with the magnets and to reduce the electrical resistance of the wires. However, if the wiring is thinned to increase the number of wires that overlap the magnet, the electrical resistance will increase, and if the wiring is thickened to reduce the electrical resistance of the wiring, the number of wires that overlap the magnet will decrease, so compatibility is not always easy. There was a problem that there was no.

このような問題は、配線に電流を流すことによって、磁石と配線の位置関係を相対的に変化させるアクチュエータにおいても生じる問題である。アクチュエータにおいて、許容電流値内で発生力を大きくし発熱量を小さくするためには、エネルギハーベスタと同様、磁石と重なる配線の本数を増やし電気抵抗を小さくすることが有効である。しかしながら、上述のとおり、これらを両立することは必ずしも容易ではない。 Such a problem also occurs in an actuator that relatively changes the positional relationship between the magnet and the wiring by passing an electric current through the wiring. In the actuator, in order to increase the generated force within the permissible current value and reduce the amount of heat generated, it is effective to increase the number of wires overlapping the magnet and reduce the electric resistance as in the energy harvester. However, as described above, it is not always easy to achieve both.

したがって、本発明の目的は、発電量と発生電圧の両方が大きいエネルギハーベスタ、並びに、発生力は大きいが発熱量は小さいアクチュエータとして利用可能なトランスデューサを提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide an energy harvester having a large amount of power generation and a large amount of generated voltage, and a transducer that can be used as an actuator having a large amount of power generation but a small amount of heat generation.

本発明によるトランスデューサは、磁石と、磁石の磁極面と重なる配線とを備え、配線は、磁極面と重なる部分において、互いに同方向に電流が流れる複数の配線部分を有し、且つ、磁極面に対して垂直な方向における幅をａとし、磁極面と平行な方向における幅をｂとした場合、ａ／ｂで定義されるアスペクト比が１を超えることを特徴とする。 The transducer according to the present invention includes a magnet and wiring that overlaps the magnetic pole surface of the magnet, and the wiring has a plurality of wiring portions in which currents flow in the same direction to each other at the portion that overlaps the magnetic pole surface, and the wiring is on the magnetic pole surface. When the width in the direction perpendicular to the magnetic pole surface is a and the width in the direction parallel to the magnetic pole surface is b, the aspect ratio defined by a / b exceeds 1.

本発明によれば、配線のアスペクト比が１超であることから、配線の幅を小さくできるためより多くの配線部分を磁石と重なるように配置することができ、また、配線の厚みを大きくできるため電気抵抗を小さくすることが可能となる。これにより、発電量と発生電圧の両方が大きいエネルギハーベスタ、或いは、発生力が大きく発熱量が小さいアクチュエータを実現できる。 According to the present invention, since the aspect ratio of the wiring is more than 1, the width of the wiring can be reduced, so that more wiring portions can be arranged so as to overlap with the magnet, and the thickness of the wiring can be increased. Therefore, it is possible to reduce the electric resistance. As a result, it is possible to realize an energy harvester having a large amount of power generation and a large amount of generated voltage, or an actuator having a large amount of power generation and a small amount of heat generation.

本発明において、配線の断面は矩形であっても構わない。これによれば、配線の断面積を最大化することが可能となる。 In the present invention, the cross section of the wiring may be rectangular. According to this, it is possible to maximize the cross-sectional area of the wiring.

本発明において、磁石は、磁極面がＮ極である第１の磁石と、磁極面がＳ極である第２の磁石を含み、第１の磁石と重なる複数の配線部分と、第２の磁石と重なる複数の配線部分には、互いに逆方向の電流が流れるものであっても構わない。これによれば、同極の磁石を用いた場合および同方向の電流を流した場合と比べ、より大きな発電力又は駆動力を得ることが可能となる。 In the present invention, the magnet includes a first magnet having a magnetic pole surface of N pole, a second magnet having a magnetic pole surface of S pole, a plurality of wiring portions overlapping with the first magnet, and a second magnet. Currents may flow in the plurality of wiring portions that overlap with each other in opposite directions. According to this, it is possible to obtain a larger power generation or driving force as compared with the case where a magnet having the same pole is used and the case where a current is passed in the same direction.

本発明において、配線は、コイル軸方向が磁極面に対して垂直となるようスパイラル状に巻回されていても構わない。これによれば、３次元的な動きを電力に変換することができ、或いは、配線に電流を流すことによって３次元的な駆動を行うことが可能となる。この場合、磁石は、磁極面がＮ極である第１の磁石と磁極面がＳ極である第２の磁石を含み、第１の磁石と重なる配線からなる第１のコイルパターンと、第２の磁石と重なる配線からなる第２のコイルパターンには、互いに逆方向に周回する電流が流れるものであっても構わない。これによれば、同極の磁石を用いた場合および同方向の電流を流した場合と比べ、より大きな発電力又は駆動力を得ることが可能となる。 In the present invention, the wiring may be wound in a spiral shape so that the coil axial direction is perpendicular to the magnetic pole surface. According to this, the three-dimensional movement can be converted into electric power, or the three-dimensional drive can be performed by passing a current through the wiring. In this case, the magnet includes a first magnet having a magnetic pole surface of N pole and a second magnet having a magnetic pole surface of S pole, and has a first coil pattern composed of wiring overlapping with the first magnet and a second magnet. In the second coil pattern composed of the wiring overlapping the magnet of the above, currents that orbit in opposite directions may flow. According to this, it is possible to obtain a larger power generation or driving force as compared with the case where a magnet having the same pole is used and the case where a current is passed in the same direction.

本発明において、磁石の磁極面の幅は３ｍｍ以下であっても構わない。これによれば、エネルギハーベスタとして利用する際には振幅の小さい微弱な振動を効率よく電力に変換することが可能となり、また、ステッピングアクチュエータとして利用する際には、位置決め分解能を向上させることが可能となる。 In the present invention, the width of the magnetic pole surface of the magnet may be 3 mm or less. According to this, when it is used as an energy harvester, it is possible to efficiently convert a weak vibration having a small amplitude into electric power, and when it is used as a stepping actuator, it is possible to improve the positioning resolution. It becomes.

本発明において、複数の配線が基板上に形成されており、磁石と複数の配線のギャップのばらつきが１０μｍ以下であっても構わない。これによれば、ギャップのばらつきに起因する発電量の低下や発熱量の増加を最小限に抑えることが可能となる。 In the present invention, a plurality of wirings may be formed on the substrate, and the variation of the gap between the magnet and the plurality of wirings may be 10 μm or less. According to this, it is possible to minimize the decrease in the amount of power generation and the increase in the amount of heat generated due to the variation in the gap.

本発明によるトランスデューサは、配線に駆動電流を供給する駆動回路をさらに備えるものであっても構わない。これによれば、本発明によるトランスデューサをアクチュエータとして用いることが可能となる。 The transducer according to the present invention may further include a drive circuit that supplies a drive current to the wiring. According to this, the transducer according to the present invention can be used as an actuator.

本発明によるトランスデューサは、配線に流れる誘導電流に基づいて出力電圧を生成する整流変圧回路をさらに備えるものであっても構わない。これによれば、本発明によるトランスデューサをエネルギハーベスタとして用いることが可能となる。 The transducer according to the present invention may further include a rectifying transformer circuit that generates an output voltage based on an induced current flowing through the wiring. According to this, the transducer according to the present invention can be used as an energy harvester.

このように、本発明によれば、発電量と発生電圧の両方が大きいエネルギハーベスタ、並びに、発生力は大きいが発熱量は小さいアクチュエータとして利用可能なトランスデューサを提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an energy harvester having a large amount of power generation and a large amount of generated voltage, and a transducer that can be used as an actuator having a large amount of power generation but a small amount of heat generation.

図１は、本発明の第１の実施形態によるトランスデューサ１の構成を示す模式的な斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view showing the configuration of the transducer 1 according to the first embodiment of the present invention. 図２（ａ）はトランスデューサ１の略平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿った略断面図である。FIG. 2A is a schematic plan view of the transducer 1, and FIG. 2B is a schematic cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG. 2A. 図３は、本発明の第２の実施形態によるトランスデューサ２の構成を示す図であり、（ａ）は略平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿った略断面図である。3A and 3B are views showing a configuration of a transducer 2 according to a second embodiment of the present invention, in which FIG. 3A is a schematic plan view and FIG. 3B is a schematic cross-sectional view taken along line BB shown in FIG. Is. 図４は、本発明の第３の実施形態によるトランスデューサ３の構成を示す図であり、（ａ）は略平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＣ−Ｃ線に沿った略断面図である。4A and 4B are views showing the configuration of the transducer 3 according to the third embodiment of the present invention, in which FIG. 4A is a schematic plan view and FIG. 4B is a schematic cross-sectional view taken along the line CC shown in FIG. Is. 図５は、本発明の第４の実施形態によるトランスデューサ４において、磁石１０Ａ，１０Ｂとコイルパターン２０Ｒ，２０Ｌがｘ方向に１／４ピッチずれた状態で重ねられている状態を示している。FIG. 5 shows a state in which magnets 10A and 10B and coil patterns 20R and 20L are overlapped with each other in a state of being shifted by 1/4 pitch in the x direction in the transducer 4 according to the fourth embodiment of the present invention. 図６は、本発明の第４の実施形態によるトランスデューサ４において、磁石１０Ａ，１０Ｂとコイルパターン２０Ｒ，２０Ｌがｙ方向に１／４ピッチずれた状態で重ねられている状態を示している。FIG. 6 shows a state in which the magnets 10A and 10B and the coil patterns 20R and 20L are overlapped with each other in the transducer 4 according to the fourth embodiment of the present invention with a deviation of 1/4 pitch in the y direction. 図７は、各実施形態によるトランスデューサ１〜４をアクチュエータとして用いる場合の駆動回路３０の回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram of a drive circuit 30 when transducers 1 to 4 according to each embodiment are used as actuators. 図８は、各実施形態によるトランスデューサ１〜４をエネルギハーベスタとして用いる場合に必要な回路を示すブロック図である。FIG. 8 is a block diagram showing a circuit required when the transducers 1 to 4 according to each embodiment are used as an energy harvester. 図９は、モデルＮｏ．１〜Ｎｏ．４，Ｎｏ．９〜Ｎｏ．１８のトランスデューサの構成を示す略断面図である。FIG. 9 shows the model No. 1-No. 4, No. 9 to No. It is a schematic cross-sectional view which shows the structure of 18 transducers. 図１０は、モデルＮｏ．５のトランスデューサの構成を示す略断面図である。FIG. 10 shows the model No. It is a schematic cross-sectional view which shows the structure of 5 transducers. 図１１は、モデルＮｏ．６のトランスデューサの構成を示す略断面図である。FIG. 11 shows the model No. It is a schematic cross-sectional view which shows the structure of 6 transducers. 図１２は、モデルＮｏ．７のトランスデューサの構成を示す略断面図である。FIG. 12 shows the model No. It is a schematic sectional drawing which shows the structure of 7 transducers. 図１３は、モデルＮｏ．８のトランスデューサの構成を示す略断面図である。FIG. 13 shows the model No. It is a schematic cross-sectional view which shows the structure of 8 transducers. 図１４は、モデルＮｏ．１９〜Ｎｏ．２２のトランスデューサの構成を示す略断面図である。FIG. 14 shows the model No. 19-No. It is a schematic cross-sectional view which shows the structure of 22 transducers. 図１５は、モデルＮｏ．２３のトランスデューサの構成を示す略断面図である。FIG. 15 shows the model No. It is a schematic sectional drawing which shows the structure of 23 transducers. 図１６は、モデルＮｏ．２４のトランスデューサの構成を示す略断面図である。FIG. 16 shows the model No. It is a schematic cross-sectional view which shows the structure of 24 transducers. 図１７は、モデルＮｏ．２５のトランスデューサの構成を示す略断面図である。FIG. 17 shows the model No. It is a schematic cross-sectional view which shows the structure of 25 transducers. 図１８は、モデルＮｏ．２６のトランスデューサの構成を示す略断面図である。FIG. 18 shows the model No. It is a schematic cross-sectional view which shows the structure of 26 transducers. 図１９は、モデルＮｏ．１〜Ｎｏ．８のトランスデューサのパラメータ及びシミュレーション結果を示す表である。FIG. 19 shows the model No. 1-No. It is a table which shows the parameter and the simulation result of 8 transducers. 図２０は、モデルＮｏ．９〜Ｎｏ．１８のトランスデューサのパラメータ及びシミュレーション結果を示す表である。FIG. 20 shows the model No. 9 to No. It is a table which shows the parameter and the simulation result of 18 transducers. 図２１は、モデルＮｏ．１９〜Ｎｏ．２６のトランスデューサのパラメータ及びシミュレーション結果を示す表である。FIG. 21 shows the model No. 19-No. It is a table which shows the parameter and the simulation result of 26 transducers.

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態によるトランスデューサ１の構成を示す模式的な斜視図である。また、図２（ａ）はトランスデューサ１の略平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿った略断面図である。 <First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic perspective view showing the configuration of the transducer 1 according to the first embodiment of the present invention. 2 (a) is a schematic plan view of the transducer 1, and FIG. 2 (b) is a schematic cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG. 2 (a).

図１及び図２に示すように、第１の実施形態によるトランスデューサ１は、平板状の磁石１０Ａと、配線部分２１〜２３を含む配線２０を備えている。磁石１０Ａは、ｘｙ平面を磁極面とし、配線２０と向かい合う側の磁極面１１がＮ極であり、その反対側の磁極面１２がＳ極である。図１及び図２に示す例では、磁石１０Ａのｘｙ平面形状が略正方形であるが、本発明がこれに限定されるものではない。磁石１０Ａは、真空蒸着法などを用いて支持基板上に形成した膜でもよく、めっき法や電析法などを用いて支持基板上に成膜した厚膜でもよく、焼結磁石やボンド磁石などのバルク状磁石でも構わない。特に限定されるものではないが、磁石１０Ａとしては磁気特性の観点から異方性ネオジム磁石を用いることが好ましい。磁化容易軸は厚み方向（ｚ方向）である。 As shown in FIGS. 1 and 2, the transducer 1 according to the first embodiment includes a flat magnet 10A and a wiring 20 including wiring portions 21 to 23. In the magnet 10A, the xy plane is the magnetic pole surface, the magnetic pole surface 11 on the side facing the wiring 20 is the north pole, and the magnetic pole surface 12 on the opposite side is the south pole. In the examples shown in FIGS. 1 and 2, the xy plane shape of the magnet 10A is substantially square, but the present invention is not limited thereto. The magnet 10A may be a film formed on a support substrate by a vacuum vapor deposition method or the like, or a thick film formed on a support substrate by a plating method, an electrodeposition method or the like, and may be a sintered magnet, a bond magnet, or the like. Bulk magnets may be used. Although not particularly limited, it is preferable to use an anisotropic neodymium magnet as the magnet 10A from the viewpoint of magnetic characteristics. The easy axis of magnetization is the thickness direction (z direction).

配線２０は平面視で、つまりｚ方向から見て、磁石１０Ａと重なりを有している。図１及び図２に示す例では、配線２０を構成する３本の配線部分２１〜２３が磁石１０Ａと重なっているが、配線部分の本数がこれに限定されるものではない。配線２０は、銅（Ｃｕ）などの良導体からなり、そのｘｚ断面は矩形である。特に、配線２０のｚ方向における幅をａとし、配線２０のｘ方向における幅をｂとした場合、ａ／ｂで定義されるアスペクト比は１を超えている。つまり、図２（ｂ）に示すようにｙ方向から見ると、配線２０は縦長形状を有している。 The wiring 20 has an overlap with the magnet 10A in a plan view, that is, when viewed from the z direction. In the examples shown in FIGS. 1 and 2, the three wiring portions 21 to 23 constituting the wiring 20 overlap with the magnet 10A, but the number of wiring portions is not limited to this. The wiring 20 is made of a good conductor such as copper (Cu), and its xz cross section is rectangular. In particular, when the width of the wiring 20 in the z direction is a and the width of the wiring 20 in the x direction is b, the aspect ratio defined by a / b exceeds 1. That is, as shown in FIG. 2B, the wiring 20 has a vertically long shape when viewed from the y direction.

アスペクト比の高い配線２０を形成する方法としては、次の方法が挙げられる。まず、基板上にチタン（Ｔｉ）や金（Ａｕ）などからなるシード層を形成した後、フォトリソグラフィー法によってシード層をパターニングする。次に、基板上のシード層以外の部分に永久レジストを構成する樹脂を形成した後、シード層に通電することで銅（Ｃｕ）などからなるメッキ層を形成する。これにより、高アスペクト比の配線２０を形成することができる。但し、配線２０の形成方法がこれに限定されるものではなく、リフトオフ等他の技術を用いて配線２０を形成しても構わない。 Examples of the method for forming the wiring 20 having a high aspect ratio include the following methods. First, a seed layer made of titanium (Ti), gold (Au), or the like is formed on the substrate, and then the seed layer is patterned by a photolithography method. Next, a resin constituting a permanent resist is formed on a portion of the substrate other than the seed layer, and then the seed layer is energized to form a plating layer made of copper (Cu) or the like. Thereby, the wiring 20 having a high aspect ratio can be formed. However, the method for forming the wiring 20 is not limited to this, and the wiring 20 may be formed by using another technique such as lift-off.

配線２０の主要部分（ブリッジ部や取り回し部を除く）は、１層であっても構わない。これによれば、高アスペクト比な配線であるゆえに、磁石からの磁場が強い範囲全体に配線２０を配置することがでるとともに、層を重ねる構造ではないため層間配線が不要となり、製造時の工数を減らすことができる。また、配線２０は基板上に固定され、かつ、樹脂中に埋め込まれ、さらに樹脂の最表面の表面粗さ（Ｒｚ）が１０μｍ以下に整えられていても構わない。これによれば、磁石と配線を近づけることが可能となり、発電量や駆動力が向上する。 The main portion of the wiring 20 (excluding the bridge portion and the routing portion) may be one layer. According to this, since the wiring has a high aspect ratio, the wiring 20 can be arranged in the entire range where the magnetic field from the magnet is strong, and since the structure does not have layers, no interlayer wiring is required, and the man-hours during manufacturing are required. Can be reduced. Further, the wiring 20 may be fixed on the substrate and embedded in the resin, and the surface roughness (Rz) of the outermost surface of the resin may be adjusted to 10 μm or less. According to this, it becomes possible to bring the magnet and the wiring closer to each other, and the amount of power generation and the driving force are improved.

配線２０の配線部分２１〜２３には、互いに同一方向に電流が流れるよう構成されている。これにより、例えば、符号Ｉで示す方向に電流を流すと、磁石１０Ａと配線２０の間には図２（ｂ）に示すローレンツ力Ｆが働く。このように、配線２０に電流を流すと、磁石１０Ａと配線２０のｘ方向における相対的な位置関係が変化することから、アクチュエータとして機能する。或いは、外力が作用することによって、磁石１０Ａと配線２０のｘ方向における相対的な位置が変化すると、配線２０には誘導電流が発生する。したがって、本実施形態によるトランスデューサ１は、エネルギハーベスタとして用いることができる。 The wiring portions 21 to 23 of the wiring 20 are configured so that current flows in the same direction as each other. As a result, for example, when a current is passed in the direction indicated by reference numeral I, the Lorentz force F shown in FIG. 2B acts between the magnet 10A and the wiring 20. In this way, when a current is passed through the wiring 20, the relative positional relationship between the magnet 10A and the wiring 20 in the x direction changes, so that the magnet 10A functions as an actuator. Alternatively, when the relative positions of the magnet 10A and the wiring 20 in the x direction change due to the action of an external force, an induced current is generated in the wiring 20. Therefore, the transducer 1 according to the present embodiment can be used as an energy harvester.

そして、本実施形態においては、配線２０のアスペクト比が１を超えていることから、配線２０の断面積を確保しつつ、より多くの配線部分２１〜２３を磁石１０Ａと重なるように配置することができる。配線２０のアスペクト比については１超であれば特に限定されないが、２程度とすることが好ましい。また、配線２０のｘｚ断面については矩形である必要はなく、例えばｚ方向を長軸方向とする楕円形であっても構わない。但し、断面を矩形とすることにより、断面積を最大化することが可能となる。 Since the aspect ratio of the wiring 20 exceeds 1, in the present embodiment, more wiring portions 21 to 23 are arranged so as to overlap the magnet 10A while ensuring the cross-sectional area of the wiring 20. Can be done. The aspect ratio of the wiring 20 is not particularly limited as long as it exceeds 1, but it is preferably about 2. Further, the xz cross section of the wiring 20 does not have to be rectangular, and may be, for example, an ellipse whose major axis direction is the z direction. However, by making the cross section rectangular, it is possible to maximize the cross-sectional area.

＜第２の実施形態＞
図３は、本発明の第２の実施形態によるトランスデューサ２の構成を示す図であり、（ａ）は略平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿った略断面図である。 <Second embodiment>
3A and 3B are views showing a configuration of a transducer 2 according to a second embodiment of the present invention, in which FIG. 3A is a schematic plan view and FIG. 3B is a schematic cross-sectional view taken along line BB shown in FIG. Is.

図３に示すように、第２の実施形態によるトランスデューサ２は、磁石１０Ａ，１０Ｂがｘ方向に隣接して２個配置されているとともに、磁石１０Ａと磁石１０Ｂは、極性が逆となるよう配置されている。例えば、図３（ｂ）に示す左側の磁石１０Ａは、配線２０と向かい合う側の磁極面１１がＮ極であるのに対し、図３（ｂ）に示す右側の磁石１０Ｂは配線２０と向かい合う側の磁極面１２がＳ極である。さらに、配線２０は、６つの配線部分２１〜２６を有しており、このうち配線部分２１〜２３は磁石１０Ａと重なる一方、配線部分２４〜２６は磁石１０Ｂと重なる。その他の構成は、第１の実施形態によるトランスデューサ１と同様である。したがって、配線２０のアスペクト比は１を超えている。 As shown in FIG. 3, in the transducer 2 according to the second embodiment, two magnets 10A and 10B are arranged adjacent to each other in the x direction, and the magnets 10A and 10B are arranged so that their polarities are opposite to each other. Has been done. For example, the magnet 10A on the left side shown in FIG. 3B has a magnetic pole surface 11 on the side facing the wiring 20 having an N pole, whereas the magnet 10B on the right side shown in FIG. 3B is on the side facing the wiring 20. The magnetic pole surface 12 of is the S pole. Further, the wiring 20 has six wiring portions 21 to 26, of which the wiring portions 21 to 23 overlap the magnet 10A, while the wiring portions 24 to 26 overlap the magnet 10B. Other configurations are the same as those of the transducer 1 according to the first embodiment. Therefore, the aspect ratio of the wiring 20 exceeds 1.

本実施形態においては、配線２０に符号Ｉで示す方向に電流を流すと、配線部分２１〜２３には−ｙ方向に電流が流れ、配線部分２４〜２６には＋ｙ方向に電流が流れる。このため、符号Ｉで示す方向に電流を流すと、磁石１０Ａ，１０Ｂと配線２０の間には、いずれも図３（ｂ）に示すローレンツ力Ｆが働く。或いは、外力が作用することによって、磁石１０Ａ，１０Ｂと配線２０のｘ方向における相対的な位置が変化すると、配線２０には誘導電流が発生する。 In the present embodiment, when a current is passed through the wiring 20 in the direction indicated by reference numeral I, a current flows through the wiring portions 21 to 23 in the −y direction, and a current flows through the wiring portions 24 to 26 in the + y direction. Therefore, when a current is passed in the direction indicated by reference numeral I, the Lorentz force F shown in FIG. 3B acts between the magnets 10A and 10B and the wiring 20. Alternatively, when the relative positions of the magnets 10A and 10B and the wiring 20 in the x direction change due to the action of an external force, an induced current is generated in the wiring 20.

このように、本実施形態によるトランスデューサ２は、磁石１０Ａ，１０Ｂがｘ方向に隣接して２個配置されていることから、アクチュエータとして用いた場合の駆動力や、エネルギハーベスタとして用いた場合の発電力を第１の実施形態によるトランスデューサ１の２倍以上に高めることが可能となる。使用する磁石１０Ａ，１０Ｂの数については特に限定されず、より多くの磁石をストライプ状又はマトリクス状に配置することによって、駆動力又は発電力をより高めることが可能となる。 As described above, in the transducer 2 according to the present embodiment, since two magnets 10A and 10B are arranged adjacent to each other in the x direction, the driving force when used as an actuator and the power generation when used as an energy harvester The force can be increased to more than twice that of the transducer 1 according to the first embodiment. The number of magnets 10A and 10B to be used is not particularly limited, and by arranging more magnets in a striped shape or a matrix shape, it is possible to further increase the driving force or the power generation.

＜第３の実施形態＞
図４は、本発明の第３の実施形態によるトランスデューサ３の構成を示す図であり、（ａ）は略平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＣ−Ｃ線に沿った略断面図である。 <Third embodiment>
4A and 4B are views showing the configuration of the transducer 3 according to the third embodiment of the present invention, in which FIG. 4A is a schematic plan view and FIG. 4B is a schematic cross-sectional view taken along the line CC shown in FIG. Is.

図４に示すように、第３の実施形態によるトランスデューサ３は、磁石１０Ａと重なる配線２０がスパイラル状に巻回されている。スパイラル状に巻回された配線２０のコイル軸はｚ方向である。その他の構成は、第１の実施形態によるトランスデューサ１と同様である。したがって、配線２０のアスペクト比は１を超えている。 As shown in FIG. 4, in the transducer 3 according to the third embodiment, the wiring 20 overlapping the magnet 10A is spirally wound. The coil shaft of the wiring 20 wound in a spiral shape is in the z direction. Other configurations are the same as those of the transducer 1 according to the first embodiment. Therefore, the aspect ratio of the wiring 20 exceeds 1.

本実施形態においては、配線２０に符号Ｉで示す方向に電流を流すと、磁石１０Ａと配線２０との間で磁気吸引力が生じ、磁石１０Ａと配線２０の距離が接近する。このため、例えば配線２０が固定されている場合、磁石１０Ａが−ｚ方向に変位する。逆に、配線２０に符号Ｉで示す方向とは逆方向に電流を流すと、磁石１０Ａと配線２０との間で磁気反発力が生じ、磁石１０Ａと配線２０の距離が離れる。このため、例えば配線２０が固定されている場合、磁石１０Ａが＋ｚ方向に変位する。 In the present embodiment, when a current is passed through the wiring 20 in the direction indicated by reference numeral I, a magnetic attraction force is generated between the magnet 10A and the wiring 20, and the distance between the magnet 10A and the wiring 20 approaches. Therefore, for example, when the wiring 20 is fixed, the magnet 10A is displaced in the −z direction. On the contrary, when a current is passed through the wiring 20 in the direction opposite to the direction indicated by the reference numeral I, a magnetic repulsive force is generated between the magnet 10A and the wiring 20, and the distance between the magnet 10A and the wiring 20 is increased. Therefore, for example, when the wiring 20 is fixed, the magnet 10A is displaced in the + z direction.

このため、本実施形態によるトランスデューサ３は、配線２０に電流を流すことによって磁石１０Ａを変位させるアクチュエータとして機能する。或いは、外力が作用することによって、磁石１０Ａと配線２０のｚ方向における相対的な位置が変化すると、配線２０には誘導電流が発生するため、エネルギハーベスタとしても機能する。そして、本実施形態においては、配線２０のアスペクト比が１を超えているため、配線２０の断面積を確保しつつ、より多くのターン数を得ることが可能となる。 Therefore, the transducer 3 according to the present embodiment functions as an actuator that displaces the magnet 10A by passing a current through the wiring 20. Alternatively, when the relative positions of the magnet 10A and the wiring 20 in the z direction change due to the action of an external force, an induced current is generated in the wiring 20, so that the wiring 20 also functions as an energy harvester. Further, in the present embodiment, since the aspect ratio of the wiring 20 exceeds 1, it is possible to obtain a larger number of turns while securing the cross-sectional area of the wiring 20.

＜第４の実施形態＞
図５は、本発明の第４の実施形態によるトランスデューサ４の構成を示す略平面図である。 <Fourth Embodiment>
FIG. 5 is a schematic plan view showing the configuration of the transducer 4 according to the fourth embodiment of the present invention.

図５に示すように、第４の実施形態によるトランスデューサ４は、マトリクス状に配置された複数の磁石１０Ａ，１０Ｂと、磁石１０Ａ，１０Ｂと重なる複数のコイルパターン２０Ｒ，２０Ｌからなる配線２０を有している。上述の通り、磁石１０Ａは、配線２０と向かい合う側の磁極面１１がＮ極であり、その反対側の磁極面１２がＳ極である。また、磁石１０Ｂは、配線２０と向かい合う側の磁極面１２がＳ極であり、その反対側の磁極面１１がＮ極である。磁石１０Ａの磁極面１１（Ｎ極）と磁石１０Ｂの磁極面１２（Ｓ極）は同一平面を構成している。磁石１０Ａのｘ方向及びｙ方向には磁石１０Ｂが隣接し、磁石１０Ｂのｘ方向及びｙ方向には磁石１０Ａが隣接する。磁石１０Ａ，１０Ｂの平面形状が正方形である場合、ｘ方向及びｙ方向における幅は３ｍｍ以下であることが好ましい。 As shown in FIG. 5, the transducer 4 according to the fourth embodiment has a plurality of magnets 10A and 10B arranged in a matrix and a wiring 20 composed of a plurality of coil patterns 20R and 20L overlapping the magnets 10A and 10B. doing. As described above, in the magnet 10A, the magnetic pole surface 11 on the side facing the wiring 20 is the north pole, and the magnetic pole surface 12 on the opposite side is the south pole. Further, in the magnet 10B, the magnetic pole surface 12 on the side facing the wiring 20 is the S pole, and the magnetic pole surface 11 on the opposite side is the N pole. The magnetic pole surface 11 (N pole) of the magnet 10A and the magnetic pole surface 12 (S pole) of the magnet 10B form the same plane. The magnet 10B is adjacent to the magnet 10A in the x-direction and the y-direction, and the magnet 10A is adjacent to the magnet 10B in the x-direction and the y-direction. When the plane shapes of the magnets 10A and 10B are square, the widths in the x-direction and the y-direction are preferably 3 mm or less.

コイルパターン２０Ｒ，２０Ｌは、磁石１０Ａ，１０Ｂと同一ピッチでマトリクス状に配置されている。ここで、矢印Ｉで示す方向に電流を流すと、コイルパターン２０Ｒには右回り（時計回り）に電流が流れ、コイルパターン２０Ｌには左回り（反時計回り）に電流が流れる。そして、図５に示す状態では、磁石１０Ａ，１０Ｂとコイルパターン２０Ｒ，２０Ｌがｘ方向に１／４ピッチずれた状態で重ねられている。 The coil patterns 20R and 20L are arranged in a matrix at the same pitch as the magnets 10A and 10B. Here, when a current is passed in the direction indicated by the arrow I, the current flows clockwise (clockwise) in the coil pattern 20R, and the current flows counterclockwise (counterclockwise) in the coil pattern 20L. Then, in the state shown in FIG. 5, the magnets 10A and 10B and the coil patterns 20R and 20L are overlapped with each other with a 1/4 pitch deviation in the x direction.

その結果、コイルパターン２０Ｒ，２０Ｌのうち、＋ｙ方向に電流が流れる配線部分は磁石１０Ａと重なり、−ｙ方向に電流が流れる配線部分は磁石１０Ｂと重なる。このため、配線２０に電流を流すと、第２の実施形態において説明したように、互いに同じ方向（−ｘ方向又は＋ｘ方向）にローレンツ力が作用する。或いは、外力が作用することによって、磁石１０Ａ，１０Ｂと配線２０のｘ方向における相対的な位置が変化すると、配線２０には誘導電流が発生する。 As a result, of the coil patterns 20R and 20L, the wiring portion where the current flows in the + y direction overlaps with the magnet 10A, and the wiring portion where the current flows in the −y direction overlaps with the magnet 10B. Therefore, when a current is passed through the wiring 20, Lorentz forces act in the same direction (−x direction or + x direction) as described in the second embodiment. Alternatively, when the relative positions of the magnets 10A and 10B and the wiring 20 in the x direction change due to the action of an external force, an induced current is generated in the wiring 20.

そして、本実施形態においても、配線２０のアスペクト比が１超であることから、配線２０の断面積を確保しつつ、より多くのターン数を得ることが可能となる。 Further, also in this embodiment, since the aspect ratio of the wiring 20 is more than 1, it is possible to obtain a larger number of turns while securing the cross-sectional area of the wiring 20.

図６は、磁石１０Ａ，１０Ｂとコイルパターン２０Ｒ，２０Ｌがｙ方向に１／４ピッチずれた状態で重ねられている状態を示している。この場合、コイルパターン２０Ｒ，２０Ｌのうち、＋ｘ方向に電流が流れる配線部分は磁石１０Ａと重なり、−ｘ方向に電流が流れる配線部分は磁石１０Ｂと重なる。このため、配線２０に電流を流すと、互いに同じ方向（−ｙ方向又は＋ｙ方向）にローレンツ力が作用する。或いは、外力が作用することによって、磁石１０Ａ，１０Ｂと配線２０のｙ方向における相対的な位置が変化すると、配線２０には誘導電流が発生する。 FIG. 6 shows a state in which the magnets 10A and 10B and the coil patterns 20R and 20L are overlapped with each other with a 1/4 pitch deviation in the y direction. In this case, of the coil patterns 20R and 20L, the wiring portion where the current flows in the + x direction overlaps with the magnet 10A, and the wiring portion where the current flows in the −x direction overlaps with the magnet 10B. Therefore, when a current is passed through the wiring 20, Lorentz force acts in the same direction (−y direction or + y direction). Alternatively, when the relative positions of the magnets 10A and 10B and the wiring 20 in the y direction change due to the action of an external force, an induced current is generated in the wiring 20.

このように、本実施形態によるトランスデューサ４は、配線２０に電流を流すことによって、磁石１０Ａ，１０Ｂとコイルパターン２０Ｒ，２０Ｌの相対的な位置関係をｘ方向又はｙ方向に移動させることが可能となる。或いは、外力によって磁石１０Ａ，１０Ｂとコイルパターン２０Ｒ，２０Ｌの相対的な位置関係がｘ方向又はｙ方向に変化すると、配線２０には誘導電流を発生させることが可能となる。 As described above, the transducer 4 according to the present embodiment can move the relative positional relationship between the magnets 10A and 10B and the coil patterns 20R and 20L in the x direction or the y direction by passing a current through the wiring 20. Become. Alternatively, when the relative positional relationship between the magnets 10A and 10B and the coil patterns 20R and 20L changes in the x direction or the y direction due to an external force, an induced current can be generated in the wiring 20.

さらに、磁石１０Ａ，１０Ｂとコイルパターン２０Ｒ，２０Ｌの平面位置がほぼ一致した状態で配線２０に電流を流すと、第３の実施形態によるトランスデューサ３と同様、磁石１０Ａ，１０Ｂと配線２０との間で磁気吸引力又は磁気反発力が生じる。或いは、磁石１０Ａ，１０Ｂとコイルパターン２０Ｒ，２０Ｌの平面位置がほぼ一致した状態で、外力によって磁石１０Ａ，１０Ｂとコイルパターン２０Ｒ，２０Ｌのｚ方向における距離が変化すると、配線２０には誘導電流が発生する。したがって、本実施形態によるトランスデューサ４は、３次元的な動きを電力に変換することができ、或いは、配線２０に電流を流すことによって３次元的な駆動を行うことが可能となる。特に、磁石１０Ａ，１０Ｂのｘ方向及びｙ方向における幅を３ｍｍ以下とすれば、２ｍｍ程度の微弱な振動を効率よく電力に変換することが可能となる。 Further, when a current is passed through the wiring 20 in a state where the plane positions of the magnets 10A and 10B and the coil patterns 20R and 20L are substantially the same, between the magnets 10A and 10B and the wiring 20 as in the transducer 3 according to the third embodiment. A magnetic attraction force or a magnetic repulsion force is generated. Alternatively, when the distances between the magnets 10A and 10B and the coil patterns 20R and 20L in the z direction change due to an external force while the plane positions of the magnets 10A and 10B and the coil patterns 20R and 20L are substantially the same, an induced current is applied to the wiring 20. Occur. Therefore, the transducer 4 according to the present embodiment can convert the three-dimensional movement into electric power, or can perform the three-dimensional drive by passing a current through the wiring 20. In particular, if the widths of the magnets 10A and 10B in the x-direction and the y-direction are set to 3 mm or less, it is possible to efficiently convert a weak vibration of about 2 mm into electric power.

＜第５の実施形態＞
図７は、各実施形態によるトランスデューサ１〜４をアクチュエータとして用いる場合の駆動回路３０の回路図である。 <Fifth Embodiment>
FIG. 7 is a circuit diagram of a drive circuit 30 when transducers 1 to 4 according to each embodiment are used as actuators.

図７に示す駆動回路３０は、制御信号ＣＮＴに基づいて駆動信号Ｄを生成する制御回路３１と、駆動信号Ｄを駆動電流Ｉに変換するアンプ３２とを有している。制御信号ＣＮＴは、アクチュエータであるトランスデューサ１〜４の動作量を指示する信号であり、例えばアクチュエータであるトランスデューサ１〜４を手ぶれ補正機構として使用する場合には、加速度センサなどから供給される手ぶれ検出信号が該当する。制御回路３１は、制御信号ＣＮＴに基づき、駆動量を示す駆動信号Ｄを生成し、これをアンプ３２に供給する。そして、アンプ３２によって駆動信号Ｄが駆動電流Ｉ_１に変換され、これが配線２０に供給される。これにより、制御信号ＣＮＴに基づいて、磁石１０Ａ又は磁石１０Ｂと配線２０を相対的に２次元駆動又は３次元駆動させることが可能となる。 The drive circuit 30 shown in FIG. 7 includes a control circuit 31 that generates a drive signal D based on the control signal CNT, and an amplifier 32 that converts the drive signal D into a drive current I. The control signal CNT is a signal indicating the amount of movement of the transducers 1 to 4 which are actuators. For example, when the actuators 1 to 4 are used as a camera shake correction mechanism, the camera shake detection supplied from an acceleration sensor or the like The signal is applicable. The control circuit 31 generates a drive signal D indicating a drive amount based on the control signal CNT, and supplies this to the amplifier 32. Then, the drive signal D is converted into the drive current I ₁ by the amplifier 32, and this is supplied to the wiring 20. As a result, the magnet 10A or the magnet 10B and the wiring 20 can be relatively driven two-dimensionally or three-dimensionally based on the control signal CNT.

＜第６の実施形態＞
図８は、各実施形態によるトランスデューサ１〜４をエネルギハーベスタとして用いる場合に必要な回路を示すブロック図である。 <Sixth Embodiment>
FIG. 8 is a block diagram showing a circuit required when the transducers 1 to 4 according to each embodiment are used as an energy harvester.

各実施形態によるトランスデューサ１〜４をエネルギハーベスタとして用いる場合、整流変圧回路４０に誘導電流Ｉ_２を入力する。誘導電流Ｉ_２は、配線２０に生じる電流である。整流変圧回路４０は、誘導電流Ｉ_２を整流し、出力電圧ＯＵＴを生成する。これにより、トランスデューサ１〜４に外力が作用すると、出力電圧ＯＵＴを得ることが可能となる。 When the transducers 1 to 4 according to each embodiment are used as an energy harvester, an induced current I ₂ is input to the rectifier transformer circuit 40. The induced current I ₂ is a current generated in the wiring 20. The rectifying transformer circuit 40 rectifies the induced current I ₂ and generates an output voltage OUT. As a result, when an external force acts on the transducers 1 to 4, the output voltage OUT can be obtained.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention, and these are also the present invention. It goes without saying that it is included in the range.

例えば、第１〜第４の実施形態によるトランスデューサ１〜４は、磁石とコイルパターンがｚ方向に向かい合う構成を有しているが、一対のコイルパターンによって磁石をｚ方向から挟み込む構成であっても構わないし、一対の磁石によってコイルパターンをｚ方向から挟み込む構成であっても構わない。このような構成を有するトランスデューサによれば、アクチュエータやエネルギハーベスタに使用した場合により高い駆動力又は発電力を得ることが可能となる。 For example, the transducers 1 to 4 according to the first to fourth embodiments have a configuration in which the magnet and the coil pattern face each other in the z direction, but even in a configuration in which the magnet is sandwiched from the z direction by a pair of coil patterns. It does not matter, and the coil pattern may be sandwiched by a pair of magnets from the z direction. According to the transducer having such a configuration, it is possible to obtain a higher driving force or power generation when used in an actuator or an energy harvester.

種々の構成を有するトランスデューサのモデルＮｏ．１〜Ｎｏ．２６を想定し、エネルギハーベスタとして利用した場合の発電量と発生電圧、並びに、アクチュエータとして利用した場合の発生力と発熱量をシミュレーションした。シミュレーションには、株式会社ＪＳＯＬ社製の電磁界解析ソフトＪＭＡＧ−Ｄｅｓｉｇｎｅｒを用い、有限要素法解析によって２次元シミュレーションを行った。 Model No. of transducers having various configurations. 1-No. Assuming 26, the amount of power generation and the generated voltage when used as an energy harvester, and the amount of generated force and heat generation when used as an actuator were simulated. For the simulation, electromagnetic field analysis software JMAG-Designer manufactured by JSOL Corporation was used, and a two-dimensional simulation was performed by finite element method analysis.

モデルＮｏ．１〜Ｎｏ．４の構成は図９に示す通りであり、ｘ方向及びｙ方向における幅が２ｍｍ、ｚ方向における厚みが０．５ｍｍである磁石１０Ａと、コイルを構成する３本の配線部分２１〜２３を想定した。配線部分２１〜２３に流れる電流方向は互いに同じである。磁石１０Ａの磁気特性には、ＪＭＡＧライブラリ内のＴＤＫ製ネオジム磁石ＮＥＯＲＥＣ４６ＨＦ（残留磁束密度Ｂｒ：１．３８Ｔ、保磁力Ｈｃｂ：１０７０ｋＡ／ｍ）を選択した。着磁方向はｚ方向である。コイルを構成する配線部分２１〜２３のｚ方向における厚みはａ、ｘ方向における幅はｂであり、磁石１０Ａと配線部分２１〜２３のｚ方向におけるギャップｇ１〜ｇ３は、いずれも０．１５ｍｍである。配線部分２１〜２３のｙ方向における長さは２ｍｍであり、全長に亘って磁石１０Ａと重なりを持たせた。ａ，ｂの値は図１９に示すとおりであり、モデルＮｏ．１〜Ｎｏ．４におけるａの値はそれぞれ４０μｍ、８０μｍ、１２０μｍ、１６０μｍである。ｂの値はいずれも８０μｍである。配線部分２１〜２３の材料特性としては、ＪＭＡＧライブラリ内の銅（比抵抗１．６７×１０^−８Ω・ｍ）を選択した。なお、磁石、磁石１０Ａ及び配線部分２１〜２３のｙ方向における長さは２ｍｍとし、全部品を２０℃に設定とした。 Model No. 1-No. The configuration of 4 is as shown in FIG. 9, assuming a magnet 10A having a width of 2 mm in the x and y directions and a thickness of 0.5 mm in the z direction, and three wiring portions 21 to 23 constituting the coil. did. The directions of the currents flowing through the wiring portions 21 to 23 are the same as each other. For the magnetic characteristics of the magnet 10A, a neodymium magnet NEOREC 46HF (residual magnetic flux density Br: 1.38T, coercive force Hcb: 1070 kA / m) manufactured by TDK in the JMAG library was selected. The magnetizing direction is the z direction. The thickness of the wiring portions 21 to 23 constituting the coil in the z direction is a, the width in the x direction is b, and the gap g1 to g3 between the magnet 10A and the wiring portions 21 to 23 in the z direction are both 0.15 mm. is there. The length of the wiring portions 21 to 23 in the y direction was 2 mm, and the wiring portions 21 to 23 overlapped with the magnet 10A over the entire length. The values of a and b are as shown in FIG. 19, and the model No. 1-No. The values of a in 4 are 40 μm, 80 μm, 120 μm, and 160 μm, respectively. The value of b is 80 μm. Copper (specific resistance 1.67 × ^10-8 Ω · m) in the JMAG library was selected as the material property of the wiring portions 21 to 23. The length of the magnet, the magnet 10A, and the wiring portions 21 to 23 in the y direction was set to 2 mm, and all the parts were set to 20 ° C.

モデルＮｏ．５の構成は図１０に示す通りであり、１本の配線部分２２によってコイルが構成されている点において、モデルＮｏ．１〜Ｎｏ．４と相違している。図１９に示すように、モデルＮｏ．５におけるａ，ｂの値はそれぞれ１６０μｍ、４００μｍであり、図９に示す配線部分２１と２２の間、並びに、配線部分２２と２３の間を同じ導電材料で埋めた構成に相当する。 Model No. The configuration of No. 5 is as shown in FIG. 10, and in that the coil is composed of one wiring portion 22, the model No. 5 is configured. 1-No. It is different from 4. As shown in FIG. 19, the model No. The values of a and b in No. 5 are 160 μm and 400 μm, respectively, which correspond to a configuration in which the wiring portions 21 and 22 and the wiring portions 22 and 23 shown in FIG. 9 are filled with the same conductive material.

モデルＮｏ．６の構成は図１１に示す通りであり、コイルを構成する配線部分２１〜２３のエッジがＲ＝０．０４ｍｍでフィレットがけされた形状を有する点において、モデルＮｏ．４と相違している。図１９に示すように、モデルＮｏ．６におけるａ，ｂの値はモデルＮｏ．４と同じである。 Model No. The configuration of No. 6 is as shown in FIG. 11, and the model No. 6 has a shape in which the edges of the wiring portions 21 to 23 constituting the coil are filleted at R = 0.04 mm. It is different from 4. As shown in FIG. 19, the model No. The values of a and b in 6 are model No. Same as 4.

モデルＮｏ．７の構成は図１２に示す通りであり、磁石１０Ｂと配線部分２４〜２６が追加されている点において、モデルＮｏ．４と相違している。磁石１０Ａと磁石１０Ｂのｘ方向における間隔は０．５ｍｍである。モデルＮｏ．７においては、磁石１０Ａ，１０Ｂの着磁方向が互いに同じであり、配線部分２１〜２６に流れる電流方向も互いに同じである。磁石１０Ａと配線部分２１〜２６のｚ方向におけるギャップｇ１〜ｇ６は、いずれも０．１５ｍｍである。図１９に示すように、モデルＮｏ．７におけるａ，ｂの値はモデルＮｏ．４と同じである。 Model No. The configuration of No. 7 is as shown in FIG. 12, and the model No. 7 is in that the magnet 10B and the wiring portions 24 to 26 are added. It is different from 4. The distance between the magnet 10A and the magnet 10B in the x direction is 0.5 mm. Model No. In No. 7, the magnetizing directions of the magnets 10A and 10B are the same, and the current directions flowing through the wiring portions 21 to 26 are also the same. The gaps g1 to g6 of the magnet 10A and the wiring portions 21 to 26 in the z direction are both 0.15 mm. As shown in FIG. 19, the model No. The values of a and b in 7 are model No. Same as 4.

モデルＮｏ．８の構成は図１３に示す通りであり、磁石１０Ａ，１０Ｂの着磁方向が互いに逆であり、配線部分２１〜２３に流れる電流方向と配線部分２４〜２６に流れる電流方向が互いに逆である点において、モデルＮｏ．７と相違している。 Model No. The configuration of No. 8 is as shown in FIG. 13, the magnetizing directions of the magnets 10A and 10B are opposite to each other, and the current directions flowing through the wiring portions 21 to 23 and the current directions flowing through the wiring portions 24 to 26 are opposite to each other. In terms of points, model No. It is different from 7.

モデルＮｏ．９は、配線部分２２，２３の厚みａをそれぞれ２μｍ、１μｍ薄くし、これにより、ギャップｇ２が０．１４８ｍｍ（ギャップｇ１より−２μｍ）、ギャップｇ３が０．１４９ｍｍ（ギャップｇ１より−１μｍ）である点において、モデルＮｏ．４と相違している。したがって、ギャップｇ１〜ｇ３の最小値と最大値の差（ばらつき）は、図２０に示すように２μｍである。 Model No. In No. 9, the thicknesses a of the wiring portions 22 and 23 are reduced by 2 μm and 1 μm, respectively, so that the gap g2 is 0.148 mm (-2 μm from the gap g1) and the gap g3 is 0.149 mm (-1 μm from the gap g1). At some point, the model No. It is different from 4. Therefore, the difference (variation) between the minimum value and the maximum value of the gaps g1 to g3 is 2 μm as shown in FIG.

モデルＮｏ．１０は、配線部分２２，２３の厚みａをそれぞれ４μｍ、２μｍ薄くし、これにより、ギャップｇ２が０．１４６ｍｍ（ギャップｇ１より−４μｍ）、ギャップｇ３が０．１４８ｍｍ（ギャップｇ１より−２μｍ）である点において、モデルＮｏ．４と相違している。したがって、ギャップｇ１〜ｇ３の最小値と最大値の差（ばらつき）は、図２０に示すように４μｍである。 Model No. In No. 10, the thicknesses a of the wiring portions 22 and 23 are reduced by 4 μm and 2 μm, respectively, so that the gap g2 is 0.146 mm (-4 μm from the gap g1) and the gap g3 is 0.148 mm (-2 μm from the gap g1). At some point, the model No. It is different from 4. Therefore, the difference (variation) between the minimum value and the maximum value of the gaps g1 to g3 is 4 μm as shown in FIG.

モデルＮｏ．１１は、配線部分２２，２３の厚みａをそれぞれ６μｍ、３μｍ薄くし、これにより、ギャップｇ２が０．１４４ｍｍ（ギャップｇ１より−６μｍ）、ギャップｇ３が０．１４７ｍｍ（ギャップｇ１より−３μｍ）である点において、モデルＮｏ．４と相違している。したがって、ギャップｇ１〜ｇ３の最小値と最大値の差（ばらつき）は、図２０に示すように６μｍである。 Model No. In No. 11, the thicknesses a of the wiring portions 22 and 23 are reduced by 6 μm and 3 μm, respectively, so that the gap g2 is 0.144 mm (-6 μm from the gap g1) and the gap g3 is 0.147 mm (-3 μm from the gap g1). At some point, the model No. It is different from 4. Therefore, the difference (variation) between the minimum value and the maximum value of the gaps g1 to g3 is 6 μm as shown in FIG.

モデルＮｏ．１２は、配線部分２２，２３の厚みａをそれぞれ８μｍ、４μｍ薄くし、これにより、ギャップｇ２が０．１４２ｍｍ（ギャップｇ１より−８μｍ）、ギャップｇ３が０．１４６ｍｍ（ギャップｇ１より−４μｍ）である点において、モデルＮｏ．４と相違している。したがって、ギャップｇ１〜ｇ３の最小値と最大値の差（ばらつき）は、図２０に示すように８μｍである。 Model No. In No. 12, the thicknesses a of the wiring portions 22 and 23 are reduced by 8 μm and 4 μm, respectively, so that the gap g2 is 0.142 mm (-8 μm from the gap g1) and the gap g3 is 0.146 mm (-4 μm from the gap g1). At some point, the model No. It is different from 4. Therefore, the difference (variation) between the minimum value and the maximum value of the gaps g1 to g3 is 8 μm as shown in FIG.

モデルＮｏ．１３は、配線部分２２，２３の厚みａをそれぞれ１０μｍ、５μｍ薄くし、これにより、ギャップｇ２が０．１４ｍｍ（ギャップｇ１より−１０μｍ）、ギャップｇ３が０．１４５ｍｍ（ギャップｇ１より−５μｍ）である点において、モデルＮｏ．４と相違している。したがって、ギャップｇ１〜ｇ３の最小値と最大値の差（ばらつき）は、図２０に示すように１０μｍである。 Model No. In No. 13, the thicknesses a of the wiring portions 22 and 23 are reduced by 10 μm and 5 μm, respectively, so that the gap g2 is 0.14 mm (-10 μm from the gap g1) and the gap g3 is 0.145 mm (-5 μm from the gap g1). At some point, the model No. It is different from 4. Therefore, the difference (variation) between the minimum value and the maximum value of the gaps g1 to g3 is 10 μm as shown in FIG.

モデルＮｏ．１４は、配線部分２２，２３の厚みａをそれぞれ１２μｍ、６μｍ薄くし、これにより、ギャップｇ２が０．１３８ｍｍ（ギャップｇ１より−１２μｍ）、ギャップｇ３が０．１４４ｍｍ（ギャップｇ１より−６μｍ）である点において、モデルＮｏ．４と相違している。したがって、ギャップｇ１〜ｇ３の最小値と最大値の差（ばらつき）は、図２０に示すように１２μｍである。 Model No. In No. 14, the thicknesses a of the wiring portions 22 and 23 are reduced by 12 μm and 6 μm, respectively, so that the gap g2 is 0.138 mm (-12 μm from the gap g1) and the gap g3 is 0.144 mm (-6 μm from the gap g1). At some point, the model No. It is different from 4. Therefore, the difference (variation) between the minimum value and the maximum value of the gaps g1 to g3 is 12 μm as shown in FIG.

モデルＮｏ．１５は、配線部分２２，２３の厚みａをそれぞれ１４μｍ、７μｍ薄くし、これにより、ギャップｇ２が０．１３６ｍｍ（ギャップｇ１より−１４μｍ）、ギャップｇ３が０．１４３ｍｍ（ギャップｇ１より−７μｍ）である点において、モデルＮｏ．４と相違している。したがって、ギャップｇ１〜ｇ３の最小値と最大値の差（ばらつき）は、図２０に示すように１４μｍである。 Model No. In No. 15, the thicknesses a of the wiring portions 22 and 23 are reduced by 14 μm and 7 μm, respectively, so that the gap g2 is 0.136 mm (-14 μm from the gap g1) and the gap g3 is 0.143 mm (-7 μm from the gap g1). At some point, the model No. It is different from 4. Therefore, the difference (variation) between the minimum value and the maximum value of the gaps g1 to g3 is 14 μm as shown in FIG.

モデルＮｏ．１６は、配線部分２２，２３の厚みａをそれぞれ１６μｍ、８μｍ薄くし、これにより、ギャップｇ２が０．１３４ｍｍ（ギャップｇ１より−１６μｍ）、ギャップｇ３が０．１４２ｍｍ（ギャップｇ１より−８μｍ）である点において、モデルＮｏ．４と相違している。したがって、ギャップｇ１〜ｇ３の最小値と最大値の差（ばらつき）は、図２０に示すように１６μｍである。 Model No. In No. 16, the thicknesses a of the wiring portions 22 and 23 are reduced by 16 μm and 8 μm, respectively, so that the gap g2 is 0.134 mm (-16 μm from the gap g1) and the gap g3 is 0.142 mm (-8 μm from the gap g1). At some point, the model No. It is different from 4. Therefore, the difference (variation) between the minimum value and the maximum value of the gaps g1 to g3 is 16 μm as shown in FIG.

モデルＮｏ．１７は、配線部分２２，２３の厚みａをそれぞれ１８μｍ、９μｍ薄くし、これにより、ギャップｇ２が０．１３２ｍｍ（ギャップｇ１より−１８μｍ）、ギャップｇ３が０．１４１ｍｍ（ギャップｇ１より−９μｍ）である点において、モデルＮｏ．４と相違している。したがって、ギャップｇ１〜ｇ３の最小値と最大値の差（ばらつき）は、図２０に示すように１８μｍである。 Model No. In 17, the thicknesses a of the wiring portions 22 and 23 are reduced by 18 μm and 9 μm, respectively, so that the gap g2 is 0.132 mm (-18 μm from the gap g1) and the gap g3 is 0.141 mm (-9 μm from the gap g1). At some point, the model No. It is different from 4. Therefore, the difference (variation) between the minimum value and the maximum value of the gaps g1 to g3 is 18 μm as shown in FIG.

モデルＮｏ．１８は、配線部分２２，２３の厚みａをそれぞれ２０μｍ、１０μｍ薄くし、これにより、ギャップｇ２が０．１３ｍｍ（ギャップｇ１より−２０μｍ）、ギャップｇ３が０．１４ｍｍ（ギャップｇ１より−１０μｍ）である点において、モデルＮｏ．４と相違している。したがって、ギャップｇ１〜ｇ３の最小値と最大値の差（ばらつき）は、図２０に示すように２０μｍである。 Model No. In No. 18, the thicknesses a of the wiring portions 22 and 23 are reduced by 20 μm and 10 μm, respectively, so that the gap g2 is 0.13 mm (-20 μm from the gap g1) and the gap g3 is 0.14 mm (-10 μm from the gap g1). At some point, the model No. It is different from 4. Therefore, the difference (variation) between the minimum value and the maximum value of the gaps g1 to g3 is 20 μm as shown in FIG.

モデルＮｏ．１９〜Ｎｏ．２２の構成は図１４に示す通りであり、磁石１０Ａと、コイルを構成する６本の配線部分２１〜２６を想定した。配線部分２１〜２３に流れる電流方向と、配線部分２４〜２６に流れる電流方向は互いに逆である。磁石１０Ａのサイズ及び磁気特性、並びに、配線部分２１〜２６の電気特性は、モデルＮｏ．１〜Ｎｏ．１８と同じである。モデルＮｏ．１９〜Ｎｏ．２２におけるａ，ｂの値は、図２１に示す通りである。磁石１０Ａと配線部分２１〜２６のｚ方向におけるギャップｇ１〜ｇ６は、いずれも０．１５ｍｍである。配線部分２１，２６は磁石１０Ａと重なりを有しておらず、配線部分２２，２５はｘ方向における半分が磁石１０Ａと重なりを有しており、配線部分２３，２４は全長に亘って磁石１０Ａと重なっている。 Model No. 19-No. The configuration of 22 is as shown in FIG. 14, and a magnet 10A and six wiring portions 21 to 26 constituting the coil are assumed. The current directions flowing through the wiring portions 21 to 23 and the current directions flowing through the wiring portions 24 to 26 are opposite to each other. The size and magnetic characteristics of the magnet 10A and the electrical characteristics of the wiring portions 21 to 26 are described in Model No. 1-No. It is the same as 18. Model No. 19-No. The values of a and b in 22 are as shown in FIG. The gaps g1 to g6 of the magnet 10A and the wiring portions 21 to 26 in the z direction are both 0.15 mm. The wiring portions 21 and 26 do not overlap with the magnet 10A, half of the wiring portions 22 and 25 overlap with the magnet 10A in the x direction, and the wiring portions 23 and 24 overlap with the magnet 10A over the entire length. It overlaps with.

モデルＮｏ．２３の構成は図１５に示す通りであり、２本の配線部分２２，２５によってコイルが構成されている点において、モデルＮｏ．２２と相違している。図２１に示すように、モデルＮｏ．２３におけるａ，ｂの値はそれぞれ１６０μｍ、４００μｍであり、図１４に示す配線部分２１と２２の間、並びに、配線部分２２と２３の間を同じ導電材料で埋め、配線部分２４と２５の間、並びに、配線部分２５と２６の間を同じ導電材料で埋めた構成に相当する。 Model No. The configuration of 23 is as shown in FIG. 15, and in that the coil is composed of the two wiring portions 22 and 25, the model No. 23 is configured. It is different from 22. As shown in FIG. 21, the model No. The values of a and b in 23 are 160 μm and 400 μm, respectively, and the wiring portions 21 and 22 and the wiring portions 22 and 23 shown in FIG. 14 are filled with the same conductive material, and between the wiring portions 24 and 25. , And a configuration in which the wiring portions 25 and 26 are filled with the same conductive material.

モデルＮｏ．２４の構成は図１６に示す通りであり、コイルを構成する配線部分２１〜２６のエッジがＲ＝０．０４ｍｍでフィレットがけされた形状を有する点において、モデルＮｏ．２２と相違している。 Model No. The configuration of 24 is as shown in FIG. 16, and in that the edges of the wiring portions 21 to 26 constituting the coil have a filleted shape with R = 0.04 mm, the model No. 24 is configured. It is different from 22.

モデルＮｏ．２５の構成は図１７に示す通りであり、磁石１０Ｂが追加されるとともに、配線部分２１Ａ〜２５Ａ，２１Ｂ〜２５Ｂが用いられている点において、モデルＮｏ．２２と相違している。磁石１０Ａと磁石１０Ｂのｘ方向における間隔は０．５ｍｍである。モデルＮｏ．２５においては、磁石１０Ａ，１０Ｂの着磁方向が互いに同じである。また、配線部分２１Ａ〜２３Ａ，２４Ｂ，２５Ｂに流れる電流方向と、配線部分２４，２５Ｂ，２１Ｂ〜２３Ｂに流れる電流方向は互いに逆である。磁石１０Ａ，１０Ｂと配線部分２１Ａ〜２５Ａ，２１Ｂ〜２５Ｂのｚ方向におけるギャップは、いずれも０．１５ｍｍである。 Model No. The configuration of 25 is as shown in FIG. 17, and the model No. 25 is in that the magnet 10B is added and the wiring portions 21A to 25A and 21B to 25B are used. It is different from 22. The distance between the magnet 10A and the magnet 10B in the x direction is 0.5 mm. Model No. In No. 25, the magnetizing directions of the magnets 10A and 10B are the same as each other. Further, the current directions flowing through the wiring portions 21A to 23A, 24B, 25B and the current directions flowing through the wiring portions 24, 25B, 21B to 23B are opposite to each other. The gap between the magnets 10A and 10B and the wiring portions 21A to 25A and 21B to 25B in the z direction is 0.15 mm.

モデルＮｏ．２６の構成は図１８に示す通りであり、磁石１０Ｂと配線部分２７〜２９が追加されている点において、モデルＮｏ．２２と相違している。磁石１０Ａと磁石１０Ｂのｘ方向における間隔は０．５ｍｍである。モデルＮｏ．２６においては、磁石１０Ａ，１０Ｂの着磁方向が互いに逆であり、配線部分２１〜２３，２７〜２９に流れる電流方向と、配線部分２４〜２６に流れる電流方向は互いに逆である。磁石１０Ａ，１０Ｂと配線部分２１〜２９のｚ方向におけるギャップは、いずれも０．１５ｍｍである。 Model No. The configuration of 26 is as shown in FIG. 18, and the model No. 26 is in that the magnet 10B and the wiring portions 27 to 29 are added. It is different from 22. The distance between the magnet 10A and the magnet 10B in the x direction is 0.5 mm. Model No. In No. 26, the magnetizing directions of the magnets 10A and 10B are opposite to each other, and the current directions flowing through the wiring portions 21 to 23, 27 to 29 and the current directions flowing through the wiring portions 24 to 26 are opposite to each other. The gap between the magnets 10A and 10B and the wiring portions 21 to 29 in the z direction is 0.15 mm.

シミュレーション結果を図１９〜図２１に示す。モデルＮｏ．１〜Ｎｏ．２６をエネルギハーベスタとして利用した場合の計算では、コイル（配線）を固定し、磁石を振幅２ｍｍ（片振幅１ｍｍ）、周波数１０Ｈｚで振動させ、コイルに誘導起電力を発生させる動磁場解析を行った。比較的低周波であるのは、環境発電を想定したためである。振動方向はｘ方向又はｚ方向である。ｚ方向の振動では磁石とコイルのギャップ値が変化するが、最小で０．１５ｍｍとなるように磁石の初期位置を設定した。コイルは純抵抗と接続し、その純抵抗にて消費される電力を発電量とし、コイル両端の電圧を発生電圧とした。なお、コイルのインダクタンスは本モデルでは十分に小さいためゼロとし、コイルの抵抗値は計算式（Ｒ＝ρＮＬ／ａｂ）から算出した。なお、Ｒは抵抗値、ρは比抵抗、Ｎは配線の数、Ｌは配線の長さ（２ｍｍ）である。また、純抵抗の抵抗値は、発電量を最大とするためコイルの抵抗値と同値とした。 The simulation results are shown in FIGS. 19 to 21. Model No. 1-No. In the calculation when 26 was used as an energy harvester, a dynamic magnetic field analysis was performed in which the coil (wiring) was fixed, the magnet was vibrated at an amplitude of 2 mm (one-sided amplitude of 1 mm) and a frequency of 10 Hz, and an induced electromotive force was generated in the coil. .. The relatively low frequency is due to the assumption of energy harvesting. The vibration direction is the x direction or the z direction. The gap value between the magnet and the coil changes with vibration in the z direction, but the initial position of the magnet is set so that the minimum is 0.15 mm. The coil was connected to a pure resistor, the power consumed by the pure resistor was used as the amount of power generation, and the voltage across the coil was used as the generated voltage. Since the inductance of the coil is sufficiently small in this model, it is set to zero, and the resistance value of the coil is calculated from the calculation formula (R = ρNL / ab). R is the resistance value, ρ is the specific resistance, N is the number of wires, and L is the length of the wires (2 mm). The resistance value of the pure resistance was set to the same value as the resistance value of the coil in order to maximize the amount of power generation.

モデルＮｏ．１〜Ｎｏ．２６をアクチュエータとして利用した場合の計算では、磁石とコイルを両方固定し、コイルに１Ａ通電させ、コイルにローレンツ力を発生させる静磁場解析を行った。電気回路の制限で電流値の上限が決まっているデバイスを想定した。 Model No. 1-No. In the calculation when 26 was used as an actuator, a static magnetic field analysis was performed in which both the magnet and the coil were fixed, the coil was energized with 1 A, and the Lorentz force was generated in the coil. We assumed a device in which the upper limit of the current value is determined by the limitation of the electric circuit.

図１９及び図２０に示すように、モデルＮｏ．１〜Ｎｏ．１８における発電量、発生電圧、発生力及び発熱量は、モデルＮｏ．２において得られた値を１００％とした相対値である。このうち、モデルＮｏ．９〜Ｎｏ．１８に関しては、モデルＮｏ．４において得られた値を１００％とした発電量及び発熱量の相対値も示されている。図２１に示すように、モデルＮｏ．１９〜Ｎｏ．２６における発電量、発生電圧、発生力及び発熱量は、モデルＮｏ．２０において得られた値を１００％とした相対値である。尚、モデルＮｏ．２における発電量は２．７１０×１０^−８Ｗ、発生電圧は１．７２６×１０^−５Ｖ、発生力は０．０００９６５６Ｎ、発熱量は０．１５６８４４Ｗである。また、モデルＮｏ．２０における発電量は１．０８３×１０^−８Ｗ、発生電圧は１．４３６×１０^−５Ｖ、発生力は０．００２７５２１Ｎ、発熱量は０．０３１３６８８Ｗである。ここで、発電量は１周期の値を平均化したものであり、発生電圧は絶対値を１周期で平均化したものである。また、発生力は、上記の方法で計算したローレンツ力値であり、発熱量は上記の方法で計算した抵抗値と通電量（１Ａ）をもとに計算式（Ｐ＝ＲＩ^２）から算出した値である。 As shown in FIGS. 19 and 20, the model No. 1-No. The amount of power generation, the generated voltage, the generated power, and the amount of heat generated in No. 18 are described in Model No. 18. It is a relative value with the value obtained in 2 as 100%. Of these, model No. 9 to No. Regarding 18, the model No. 18 The relative values of the amount of power generation and the amount of heat generated with the value obtained in No. 4 as 100% are also shown. As shown in FIG. 21, the model No. 19-No. The amount of power generation, the generated voltage, the generated power, and the amount of heat generated in 26 are described in Model No. 26. It is a relative value with the value obtained in 20 as 100%. In addition, model No. The amount of power generated in No. 2 is 2.710 × ^10-8 W, the generated voltage is 1.726 × ^10-5 V, the generated power is 0.0009656 N, and the calorific value is 0.156844 W. In addition, model No. The amount of power generated in 20 is 1.083 × ^10-8 W, the generated voltage is 1.436 × ^10-5 V, the generated power is 0.0027521N, and the calorific value is 0.0313688 W. Here, the amount of power generation is the average of the values in one cycle, and the generated voltage is the average of the absolute values in one cycle. The generated force is the Lorentz force value calculated by the above method, and the calorific value is calculated from the calculation formula (P = RI ² ) based on the resistance value and the energization amount (1A) calculated by the above method. The value.

モデルＮｏ．１〜Ｎｏ．４の比較や、モデルＮｏ．１９〜Ｎｏ．２２の比較から分かるように、アスペクト比（ａ／ｂ）が大きくなるほど、エネルギハーベスタとして利用した場合の発電量が増加し、アクチュエータとして利用した場合の発熱量が低下した。アスペクト比の小さいモデルＮｏ．５及びＮｏ．２３では、モデルＮｏ．４及びＮｏ．２２よりもより大きな発電量が得られたが、コイル本数が少ないことから、エネルギハーベスタとして利用した場合の発生電圧が小さく、アクチュエータとして利用した場合の発生力が小さかった。また、配線部分２１〜２６をフィレットがけしたモデルＮｏ．６及びＮｏ．２４においては、モデルＮｏ．４やＮｏ．２２と比べ、エネルギハーベスタとして利用した場合の発電量がやや低下し、アクチュエータとして利用した場合の発熱量がやや増加した。 Model No. 1-No. Comparison of 4 and model No. 19-No. As can be seen from the comparison of 22, as the aspect ratio (a / b) becomes larger, the amount of power generation when used as an energy harvester increases, and the amount of heat generated when used as an actuator decreases. Model No. with a small aspect ratio. 5 and No. In No. 23, the model No. 4 and No. Although a larger amount of power generation than 22 was obtained, the generated voltage when used as an energy harvester was small and the generated power when used as an actuator was small because the number of coils was small. In addition, the model No. in which the wiring portions 21 to 26 are filledeted. 6 and No. In 24, the model No. 4 and No. Compared with 22, the amount of power generation when used as an energy harvester was slightly reduced, and the amount of heat generated when used as an actuator was slightly increased.

２つの磁石１０Ａ，１０Ｂを用いたモデルＮｏ．７，Ｎｏ．８，Ｎｏ．２５，Ｎｏ．２６では、モデルＮｏ．４やＮｏ．２２と比べ、エネルギハーベスタとして利用した場合の発電量及び発生電圧が大幅に増加し、アクチュエータとして利用した場合の発生力が大幅に増加した。特に、磁石１０Ａ，１０Ｂの着磁方向が逆であるモデルＮｏ．８、Ｎｏ．２６においては顕著であった。 Model No. using two magnets 10A and 10B. 7, No. 8, No. 25, No. In 26, the model No. 4 and No. Compared with 22, the amount of power generation and the generated voltage when used as an energy harvester were significantly increased, and the generated power when used as an actuator was significantly increased. In particular, the model No. in which the magnetizing directions of the magnets 10A and 10B are opposite to each other. 8, No. It was remarkable in 26.

ギャップｇ１〜ｇ３にばらつきを持たせたモデルＮｏ．９〜Ｎｏ，１８では、ばらつきが大きいほど、エネルギハーベスタとして利用した場合の発電量が低下し、アクチュエータとして利用した場合の発熱量が増加した。具体的には、ギャップｇ１〜ｇ３のばらつきを１０μｍ以下に抑えることにより、ばらつきのないモデルＮｏ．４を基準とした発電量の低下を５％未満とすることができるとともに、ばらつきのないモデルＮｏ．４を基準とした発熱量の増加を４％未満とすることができる。 Model No. with variations in the gaps g1 to g3. In Nos. 9 to 18, the larger the variation, the lower the amount of power generation when used as an energy harvester, and the larger the amount of heat generated when used as an actuator. Specifically, by suppressing the variation of the gaps g1 to g3 to 10 μm or less, the model No. The decrease in power generation amount based on 4 can be set to less than 5%, and the model No. The increase in calorific value based on 4 can be less than 4%.

１〜４トランスデューサ
１０Ａ，１０Ｂ磁石
１１，１２磁極面
２０配線
２０Ｒ，２０Ｌコイルパターン
２１〜２９，２１Ａ〜２５Ａ，２１Ｂ〜２５Ｂ配線部分
３０駆動回路
３１制御回路
３２アンプ
４０整流変圧回路
ＣＮＴ制御信号
Ｄ駆動信号
Ｆローレンツ力
Ｉ_１駆動電流
Ｉ_２誘導電流
ＯＵＴ出力電圧 1 to 4 Transducers 10A, 10B Magnets 11, 12 Magnetic pole surface 20 Wiring 20R, 20L Coil pattern 21 to 29, 21A to 25A, 21B to 25B Wiring part 30 Drive circuit 31 Control circuit 32 Amplifier 40 Rectification transformer circuit CNT Control signal D drive Signal F Lorentz force I ₁ Drive current I ₂ Induction current OUT Output voltage

Claims

With a magnet
The wiring that overlaps the magnetic pole surface of the magnet is provided.
The wiring has a plurality of wiring portions in which currents flow in the same direction as each other at a portion overlapping the magnetic pole surface, and the width in the direction perpendicular to the magnetic pole surface is a, and is parallel to the magnetic pole surface. A transducer characterized in that the aspect ratio defined by a / b exceeds 1 when the width in the direction is b.

The transducer according to claim 1, wherein the cross section of the wiring is rectangular.

The magnet includes a first magnet whose magnetic pole surface is N pole and a second magnet whose magnetic pole surface is S pole.
The transducer according to claim 1 or 2, wherein currents in opposite directions flow through the plurality of wiring portions that overlap with the first magnet and the plurality of wiring portions that overlap with the second magnet. ..

The transducer according to claim 1 or 2, wherein the wiring is spirally wound so that the coil axial direction is perpendicular to the magnetic pole surface.

The magnet includes a first magnet whose magnetic pole surface is N pole and a second magnet whose magnetic pole surface is S pole.
The first coil pattern composed of the wiring overlapping the first magnet and the second coil pattern consisting of the wiring overlapping the second magnet are characterized in that a current circulating in opposite directions flows through the first coil pattern. The transducer according to claim 4.

The transducer according to any one of claims 1 to 5, wherein the width of the magnetic pole surface of the magnet is 3 mm or less.

The transducer according to any one of claims 1 to 6, wherein the plurality of wirings are formed on a substrate, and the variation of the gap between the magnet and the plurality of wirings is 10 μm or less.

An actuator comprising the transducer according to any one of claims 1 to 7 and a drive circuit for supplying a drive current to the wiring.

An energy harvester comprising the transducer according to any one of claims 1 to 7 and a rectifying transformer circuit that generates an output voltage based on an induced current flowing through the wiring.