JP5867097B2

JP5867097B2 - 発電装置

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Publication number: JP5867097B2
Application number: JP2012004207A
Authority: JP
Inventors: 豊田　治; 治豊田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2012-01-12
Filing date: 2012-01-12
Publication date: 2016-02-24
Anticipated expiration: 2032-01-12
Also published as: JP2013143897A

Description

本発明は、発電装置に関する。

磁歪現象とは、磁性体が外部から印加された磁場により変形する現象である。磁歪現象を示す磁歪材料に、外部磁場を印加した状態で外部から力を加えて変形させることにより、磁歪材料内部の磁化が変化する。この現象を、逆磁歪現象もしくはビラリ効果という。逆磁歪現象を利用した発電装置が提案されている（例えば、非特許文献１、２参照）。

湘南メタルテック株式会社、"ＳＭＴ開発の逆磁歪式振動発電機のご紹介"、［online］、［平成２３年１１月８日検索］、インターネット＜URL: http://www.shonan-metaltec.com/HPdata/info_gyakujiwai_hatudenki.pdf＞上野敏幸、"磁歪材料を用いたマイクロ振動発電素子"、［online］、平成２２年８月６日、金沢大学新技術説明会、［平成２３年１１月８日検索］、インターネット＜URL: http://jstshingi.jp/abst/p/10/1022/kanazawa1.pdf＞

本発明の一目的は、逆磁歪現象を用いた発電装置であって、新規な構造を有する発電装置を提供することである。

本発明の一観点によれば、磁石を含んで形成され、一方の磁極側である第１端部と他方の磁極側である第２端部とを有する磁場印加部材と、前記第１端部と前記第２端部との間に配置され、前記第１端部に固定され、前記第２端部には固定されていない第１磁歪部材と、前記第１端部と前記第２端部との間に、前記第１磁歪部材と並んで配置され、前記第１端部に固定され、前記第２端部には固定されていない第２磁歪部材と、前記第１磁歪部材と前記第２磁歪部材とを繋ぎ、前記第１磁歪部材の振動と前記第２磁歪部材の振動とを連動させる接続部材と、前記第１磁歪部材の周囲に巻かれた第１コイルと、前記第２磁歪部材の周囲に巻かれた第２コイルとを有し、前記第２端部は、前記第１磁歪部材に対向する第１部分と前記第２磁歪部材に対向する第２部分とに分割されおり、前記第１磁歪部材及び前記第２磁歪部材は、正の磁歪を有する磁歪材料で形成されており、前記第１磁歪部材と前記第２磁歪部材とが並ぶ方向に関して、前記第１部分の中心は、前記第１磁歪部材の中心よりも前記第２磁歪部材側に配置され、前記第２部分の中心は、前記第２磁歪部材の中心よりも前記第１磁歪部材側に配置されている発電装置が提供される。

磁場印加部材に磁歪部材の一端側が固定された構造とすることにより、磁歪部材の振動時に、磁歪部材に印加される磁場の強さを変化させることができる。

図１は、実施例による振動発電装置の概略正面図である。図２Ａは、実施例による振動発電装置の概略正面図であり、図２Ｂ及び図２Ｃは、磁歪部材への印加磁場の概略的な磁束分布を示す。図３Ａ及び図３Ｂは、それぞれ、実施例の第１変形例及び第２変形例による振動発電装置の概略正面図である。図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ、第１の設計例による振動発電装置の概略上面図及び概略正面図である。図５は、第２の設計例による振動発電装置の概略正面図である。図６は、実施例の第３変形例による振動発電装置の概略正面図である。図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ、比較例による振動発電装置の概略上面図及び概略正面図である。

本発明の実施例による振動発電装置について説明する。

図１及び図２Ａは、実施例による振動発電装置の概略正面図である。図２Ａは、振動時に磁歪部材６及び７が歪んだ状態を示し、図１は、振動していない状態、あるいは、振動の途中で磁歪部材６及び７が歪んでいない状態を示す。図１に示すような振動していない状態あるいは歪みのない状態を、基準状態と呼び、図２Ａに示すような歪んだ状態を、歪状態と呼ぶこととする。

図１を参照し、実施例による振動発電装置の構造について説明する。永久磁石１、ヨーク２、永久磁石３、及びヨーク４を含み、磁場印加部材５が形成されている。永久磁石１のＮ極と永久磁石３のＳ極とが間隙を隔てて対向配置され、永久磁石３のＮ極と永久磁石１のＳ極とが、コの字型（Ｕ字型）のヨーク４を介して接続されている。永久磁石３のＳ極側に、ヨーク２が接続されている。

永久磁石１とヨーク２との間に、つまり、磁場印加部材５のＮ極側端部とＳ極側端部との間に、磁歪材料で形成された磁歪部材６及び７が配置されている。磁歪材料として、例えば、鉄ガリウム合金（Ｇａｌｆｅｎｏｌ）を用いることができる。磁歪部材６及び７は、同一形状であり、一方向に長い板状である。

磁歪部材６及び７の長さ方向は、外部磁界に対して磁歪材料が変形する（この場合は伸びる）方向に選ぶことが望ましい。図１は、紙面上下方向が磁歪部材６及び７の厚さ方向であり、紙面左右方向が磁歪部材６及び７の長さ方向である。

磁歪部材６及び７は、上下方向に並んで平行に配置され、それぞれ、一端が永久磁石１に固定されている。また、磁歪部材６及び７の他端は、いずれもヨーク２に固定されていない。磁歪部材６及び７の、磁場印加部材５に固定された一端側端部、及び、他端側端部を、それぞれを根元部、先端部と呼ぶこととする。

磁歪部材６及び７の先端部同士は、接続部材８により接続されており、磁歪部材６及び７が一体となった構造体９が形成されている。磁歪部材６及び７は（構造体９は）、根元側が磁場印加部材５に固定された固定端、先端側が磁場印加部材５に固定されていない可動端である片持ち梁構造となる。接続部材８が、ヨーク２と、磁歪部材６及び７との間に介在し、ヨーク２と接続部材８との間に、間隙が配置されている。

ヨーク２は、上側磁歪部材６に対向する部分２ａと、下側磁歪部材７に対向する部分２ｂとに分割されている。本実施例では、ヨーク２ａの上面高さと上側磁歪部材６の上面高さとが揃い、またヨーク２ｂの下面高さと下側磁歪部材７の下面高さとが揃っていることが望ましい。上側磁歪部材６の厚さよりも、ヨーク２ａの厚さ（上下方向の幅）が厚く、下側磁歪部材７の厚さよりも、ヨーク２ｂの厚さ（上下方向の幅）が厚いことが望ましい。

磁歪部材６の上下方向（厚さ方向）の中心位置Ｃ６よりも、ヨーク２ａの上下方向の中心位置Ｃ２ａが、内側（構造体９の上下方向中心側あるいは磁歪部材７側）に配置されていることが望ましい。また、磁歪部材７の上下方向（厚さ方向）の中心位置Ｃ７よりも、ヨーク２ｂの上下方向の中心位置Ｃ２ｂが、内側（構造体９の上下方向中心側あるいは磁歪部材６側）に配置されていることが望ましい。

永久磁石１及び３により、磁歪部材６及び７の長さ方向に、磁場が印加される。磁場印加による磁歪に伴い、磁歪部材６及び７の長さ方向に、それぞれ磁束密度Ｂ６及びＢ７が生じる。例えばＧａｌｆｅｎｏｌは正の磁歪材料であり、磁場印加により、印加磁場方向に伸びる磁歪が生じる。印加磁場は、磁歪部材６及び７の磁束密度が飽和しない程度の大きさとする。

磁歪部材６及び７の周囲に、それぞれコイル１０及び１１が巻かれている。本実施例では、コイル１０とコイル１１とは逆向きに巻かれている。

実施例による振動発電装置は、磁場印加部材５が振動源に取り付けられ、振動源の振動により、磁歪部材６及び７が上下方向に振動する。

図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃも参照し、さらに、振動発電装置の動作について説明する。図２Ａは、上述のように、磁歪部材６及び７が歪んでいる歪状態を示し、磁歪部材６及び７が下方に歪んでいる場合を例示する。図２Ｂ及び図２Ｃは、磁歪部材への印加磁場の概略的な磁束分布を示し、図２Ｂは、下側磁歪部材７が下方に歪んでいる場合を例示し、図２Ｃは、下側磁歪部材７が上方に歪んでいる場合を例示する。

磁歪部材６及び７の先端部同士が接続部材８で接続されていることにより、磁歪部材６の振動と磁歪部材７の振動とが連動する。磁歪部材６及び７が一体となった構造体９が上下方向に振動する際の歪みの中立面が、磁歪部材６と磁歪部材７との間に配置される。

従って、構造体９が下側に歪んだときは、上側磁歪部材６に引張歪が生じるとともに、下側磁歪部材７に圧縮歪が生じる。一方、構造体９が上側に歪むときは、上側磁歪部材６に圧縮歪が生じるとともに、下側磁歪部材７に引張歪が生じる。磁歪部材６及び７は、それぞれ、歪の無い基準状態、圧縮歪が生じた歪状態、歪の無い基準状態、及び引張歪が生じた歪状態を繰り返して振動する。磁歪部材６と磁歪部材７とで、歪の方向（圧縮歪であるか引張歪であるか）は逆になる。

一般に、外部から磁場が印加された状態で、磁歪材料に変形が加わることにより、磁歪材料に生じる磁束密度が変化する（逆磁歪現象もしくはビラリ効果）。ここでまず、印加磁場が一定として説明を進める。磁歪材料を、例えばＧａｌｆｅｎｏｌのような、正の磁歪材料とし、基準状態において、印加磁場の大きさは磁歪部材の磁束密度を飽和させない程度とする。

引張歪が生じる場合、つまり磁歪部材が伸びる場合は、磁歪部材に生じる磁束密度の長さ方向成分（磁化成分）が、基準状態のそれに比べて大きくなる。一方、圧縮歪が生じる場合、つまり磁歪部材が縮む場合は、磁歪部材に生じる磁束密度の長さ方向成分（磁化成分）が、基準状態のそれに比べて小さくなる。従って、振動に伴い、磁歪部材に生じる磁束密度の長さ方向成分が、周期的に増減する。

本実施例による振動発電装置では、さらに、振動に伴って、磁歪部材に印加される磁場の強さも変化する。図２Ｂに示すように、例えば、下側磁歪部材７が下方に歪む場合、磁歪部材７の先端部は、中心Ｃ７が、対向するヨーク２ｂの中心Ｃ２ｂから離れるように移動する。一方、図２Ｃに示すように、下側磁歪部材７が上方に歪む場合、磁歪部材７の先端部は、中心Ｃ７が、対向するヨーク２ｂの中心Ｃ２ｂに近づくように移動する。なお、図２Ｂ及び図２Ｃでは、図示の煩雑さを避けるため、接続部材８を省略している。

ヨーク２ｂの磁歪材料７への対向部分において、中心Ｃ２ｂ付近は、周辺付近に比べて、印加磁場の磁場強度が強い（磁力線密度が高い）。従って、磁歪部材７の先端部の中心Ｃ７が、ヨーク２ｂの中心Ｃ２ｂから離れるように移動すれば、磁歪部材７に印加される磁場は弱くなり、ヨーク２ｂの中心Ｃ２ｂに近づくように移動すれば、磁歪部材７に印加される磁場は強くなる。下側磁歪部材７を例として説明したが、上側磁歪部材６についても、振動に伴い印加磁場が増減することは同様である。

従って、上側磁歪部材６、下側磁歪部材７のいずれについても、引張歪が生じるように内側に歪む場合は、（印加磁場一定としても）磁歪部材の伸びに伴い磁束密度の長さ方向成分が大きくなり、さらに、印加磁場自体も強くなることにより、磁束密度の長さ方向成分がより大きくなる。一方、圧縮歪が生じるように外側に歪む場合は、（印加磁場一定としても）磁歪部材の縮みに伴い磁束密度の長さ方向成分が小さくなり、さらに、印加磁場自体も弱くなることにより、磁束密度の長さ方向成分がより小さくなる。

コイル１０及び１１には、それぞれ、磁歪部材６及び７の振動に伴う磁束密度変化を妨げるような誘導電流が生じる。これにより、発電を行うことができる。例えば図２Ａに示す状態において、上側磁歪部材６に巻かれたコイル１０では、磁束密度の増加を妨げるように、磁歪部材６の先端側から根元側に向かって電流が流れる（電流の向きを矢印で示す）。つまり、電源としては根元側がプラス極性、先端側がマイナス極性となる。

一方、下側磁歪部材７に巻かれたコイル１１では、磁束密度の減少を妨げるように、磁歪部材７の先端側から根元側に向かって電流が流れる（電流の向きを矢印で示す）。つまり、電源としては根元側がプラス極性、先端側がマイナス極性となる。

本実施例では、コイル１０とコイル１１とを逆向きに巻いていることにより、磁歪部材６側と磁歪部材７側とで、先端側と根元側の電源極性を揃えることができる。なお、コイル１０とコイル１１とを同じ向きに巻いた場合は、磁歪部材６側と磁歪部材７側とで電源極性が逆向きになるが、同様の機構で発電することができる。

なお、各磁歪部材６、７の内側への歪みが最大になったときに、磁歪部材６、７の中心位置が、それぞれ、対向するヨーク２ａ、２ｂの中心位置と揃うことが、磁束の最大化の観点から好ましいと考えられる、磁歪部材と、対向するヨークとの位置関係は、個々の発電装置の振動状態に応じて、適宜調整することができる。

なお、接続部材８は、絶縁材料で形成されていることが好ましく、非磁性材料で形成されていることがさらに好ましい。例えば、絶縁材料かつ非磁性材料として、プラスチック等を用いることができる。また、絶縁材料で磁性材料であるフェライト等を用いることもできる。

接続部材８の導電性が高いと、磁歪部材の振動に伴い、接続部材８に、発電効率を低下させる渦電流が生じる。接続部材８の導電性を低くすることにより、渦電流による損失を抑制することができる。接続部材８は、少なくとも、コイル１０及び１１よりも電気抵抗率の高い材料で形成することが好ましい。

本実施例で、接続部材８は、ヨーク２ａ及び２ｂと、磁歪部材６及び７との間に介在している。接続部材８が非磁性材料であることは、ヨーク２ａ及び２ｂと、磁歪部材６及び７との間の磁束分布の設計を容易にする観点で好ましい。

なお、漏れ磁束を低減する観点からは、接続部材８の厚さは、強度が確保できる範囲で薄いことが好ましく、また、ヨーク２ａ及び２ｂと接続部材８との間隙は、接続部材８がヨーク２ａ及び２ｂと干渉しない範囲で狭い方が好ましい。なお、磁束漏れに対し、磁石の強さを必要に応じ強めて対応することもできる。

なお、本実施例では、図１に示すように、接続部材８が磁歪部材６及び７の端面同士を繋ぐ構造としたが、磁歪部材６の振動と磁歪部材７の振動とを連動させる接続構造は、これに限らない。例えば、磁歪部材６及び７を、より根元側で繋ぐ接続構造も可能である。ただし、先端側端面同士を繋ぐ構造は、磁歪部材６及び７を効率的に振動させる観点で好ましい。

なお、各磁歪部材６、７の形状は、板状に限定されず、例えば棒状とすることもできる。ただし、効率的な振動を生じさせる観点からは、上記実施例のように、一方向に振動が生じやすい異方性を有する形状とすることが好ましい。上下の磁歪部材６及び７は、振動が生じやすい方向を揃えて、振動が生じやすい方向に並んで配置されていることが好ましい。

図３Ａを参照して、上記実施例の第１変形例による振動発電装置について説明する。上記実施例では、磁歪部材６及び７のそれぞれに対向するように、ヨーク２をヨーク２ａと２ｂとに分割した。第１変形例として、ヨーク２を分割しない構造とすることもできる。

この場合でも、ヨーク２を分割した実施例と同様に、磁歪部材６または７が、引張歪が生じるように内側に歪む場合は、先端部の中心がヨーク２の中心に近づくように移動して相対的に印加磁場を強めることができ、圧縮歪が生じるように外側に歪む場合は、先端部の中心がヨーク２から離れるように移動して印加磁場を弱めることができる。

上記実施例のように、ヨーク２を各磁歪部材６、７に対向するように分割することは、それぞれの磁歪部材６、７に磁力線を集中させて磁場を印加できる観点から好ましい。

図３Ｂを参照して、上記実施例の第２変形例による振動発電装置について説明する。上記実施例では、基準状態で、上側磁歪部材６の上面高さと、対向する上側ヨーク２ａの上面高さとを揃え、下側磁歪部材７の下面高さと、対向する下側ヨーク２ｂの下面高さとを揃えた。

第２変形例では、上側ヨーク２ａの上面高さを、上側磁歪部材６の上面高さよりも低くし、下側ヨーク２ｂの下面高さを、下側磁歪部材７の下面高さよりも高くしている。これにより、圧縮歪が生じるよう磁歪部材が外側に歪んだ状態で、磁歪部材の先端がヨークからより離れるので、印加磁場をより弱めることができると考えられる。

次に、より具体的な設計例について説明する。

まず、図４Ａ及び図４Ｂを参照して、第１の設計例について説明する。図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ、第１の設計例による振動発電装置の概略上面図及び概略正面図である。歪の無い基準状態の構造が示されている。発電装置の作製には、マシニングセンタ、フライス、旋盤、ワイヤ放電加工、溶接、樹脂接着等の加工技術を適宜用いることができる。

永久磁石２１、ヨーク２２、ヨーク２３、永久磁石２４、及びヨーク２５が、磁場印加部材を形成している。ヨーク２３とヨーク２５との間に永久磁石２４が配置され、ヨーク２５を介して永久磁石２４と永久磁石２１とが接続され、ヨーク２５とヨーク２２との間に永久磁石２１が配置されている。一方の磁極側のヨーク２２と、他方の磁極側のヨーク２３とが対向している。

永久磁石２１及び２４は、それぞれ、４４５ｍＴのネオジム磁石で、厚さ１０ｍｍ、幅１５ｍｍ、長さ１５ｍｍであり、厚さ方向に磁化されている。ヨーク材料はＳＳ４００等の軟鉄である。

ヨーク２２とヨーク２３との間に、磁歪部材２６及び２７が配置されている。磁歪部材２６及び２７は、根元部がヨーク２２に固定されている。磁歪部材２６及び２７は、それぞれ、Ｇａｌｆｅｎｏｌ（Ｆｅ_８１．４Ｇａ_１８．６）で形成され、厚さ５ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ５０ｍｍである。磁歪部材２６及び２７は平行に配置され、中心間距離は１５ｍｍである。

磁歪部材２６及び２７の先端部同士が、接続部材２８で接続されている。接続部材２８は、ベークライトで形成されている。ヨーク２３は、上側磁歪部材２６に対向する凸部２３ａと、下側磁歪材料２７に対向する凸部２３ｂとを有する。凸部２３ａ及び２３ｂの突出高さは２ｍｍであり、凸部２３ａ及び２３ｂと接続部材２８との間隙は１ｍｍ〜３ｍｍ程度である。

なお、上記実施例では、上側磁歪部材６に対向するヨーク２ａと、下側磁歪部材７に対向するヨーク２ｂとを別体とした。本設計例では、上側磁歪部材２６に対向するヨーク部分２３ａと、下側磁歪材料２７に対向するヨーク部分２３ｂとを、一体のヨーク２３の一部として形成している。このような構造でも、各磁歪部材に対向するようにヨークが分割されているということができる。

上側ヨーク部分２３ａ及び下側ヨーク部分２３ｂの上下方向の幅（厚さ）は、それぞれ７ｍｍである。上側ヨーク部分２３ａと下側ヨーク部分２３ｂとの中心間距離は１３ｍｍである。上側ヨーク部分２３ａの上面高さと、上側磁歪部材２６の上面高さとが揃えられ、下側ヨーク部分２３ｂの下面高さと、下側磁歪部材２７の下面高さとが揃えられている。

上側ヨーク部分２３ａの上下方向中心が、上側磁歪部材２６の上下方向中心よりも内側に配置され、下側ヨーク部分２３ｂの上下方向中心が、下側磁歪部材２７の上下方向中心よりも内側に配置されている。

磁歪部材２６及び２７の周囲に、それぞれコイル２９及び３０が巻かれている（なお、図示の煩雑さを避けるため、コイルは簡略化して示している）。

支持板３１に固定されたクランプ柱３２に、クランプ接続部材３３（材料は例えばアルミニウムや銅）を介して、磁場印加部材が、磁歪部材根元側の側面部（永久磁石２１、ヨーク２２、及びヨーク２５）で取り付けられている。

次に、図５を参照して、第２の設計例について説明する。図５は、第２の設計例による振動発電装置の概略正面図である。第１の設計例は、磁場印加部材を、磁歪部材根元側の側面でクランプ柱に取り付けた片側クランプ構造とした。第２の設計例は、磁場印加部材を、磁歪部材根元側の側面と、磁歪部材先端側の側面とでクランプ柱に取り付けた両側クランプ構造とする。

支持板３１に固定された一方側のクランプ柱３２に、クランプ接続部材３３を介して、磁場印加部材が、磁歪部材根元側の側面部（永久磁石２１、ヨーク２２、及びヨーク２５）で取り付けられている。さらに、支持板３１に固定された他方側のクランプ柱３４に、クランプ接続部材３５を介して、磁場印加部材が、磁歪部材先端側の側面部（ヨーク２３、永久磁石２４、及びヨーク２５）で取り付けられている。

第１の設計例及び第２の設計例の振動発電装置は、クランプ柱３２等を介して加えられた振動により、磁歪部材２６及び２７を振動させることができ、発電を行うことができる。

なお、これらの設計例は試作の一例であり、磁歪部材等の大きさ・形状等や、取り付け構造等は、必要に応じて変更することができる。実施例による振動発電装置は、どのような態様で使用してもよいが、例えば以下のように使用することができる。

振動が多い機械室の機械に電源として実施例の発電装置を取り付け、温度やガス等の異常を検知するセンサと、モニター室に情報を送信する無線とを組み合わせて、機械室の異常検知システムを形成することができる。あるいは、橋げたに電源として実施例の発電装置を取り付け、疲労を測定する歪センサと、情報を送信する無線とを組み合わせて、橋げたの異常検知システムを形成することができる。

なお、上記実施例では、磁歪部材に正の磁歪材料を用いる場合を例示したが、以下に説明するように、磁歪部材に負の磁歪材料を用いることも可能である。

図６を参照して、磁歪部材に負の磁歪材料を用いた、第３変形例による振動発電装置について説明する。負の磁歪材料は、上述した正の磁歪材料とは逆に、磁場印加により、印加磁場方向とは逆の向きに結晶が変形して縮む。磁歪部材６、７の磁束密度は、磁場印加状態で圧縮歪が加わると増加し、引張歪が加わると減少する。

第３変形例の発電装置において、上側磁歪部材６に対向するヨーク２ａは、中心位置Ｃ２ａが、上側磁歪部材６の中心位置Ｃ６よりも上側（外側）に配置されている。そして、下側磁歪部材７に対向するヨーク２ｂは、中心位置Ｃ２ｂが、下側磁歪部材７の中心位置Ｃ７よりも下側（外側）に配置されている。

これにより、例えば、下側磁歪部材７が、圧縮歪が生じるように外側に（下方に）歪む場合は、圧縮歪により下側磁歪部材７内の磁束密度が増加するとともに、下側磁歪部材７の中心位置Ｃ７がヨーク２ｂの中心位置Ｃ２ｂに近づいて印加磁場が強くなる。一方、下側磁歪部材７が、引張歪が生じるように内側に（上方に）歪む場合は、引張歪により下側磁歪部材７内の磁束密度が減少するとともに、下側磁歪部材７の中心位置Ｃ７が、ヨーク２ｂの中心位置Ｃ２ｂから離れて印加磁場が弱くなる。上側磁歪部材６とヨーク２ａとの関係も同様である。

このように、磁歪部材に負の磁歪材料を用いる場合は、分割されたヨークの中心位置と磁歪部材の中心位置との配置関係を、正の磁歪材料を用いる場合と反転させることができる。

次に、比較例による振動発電装置について説明する。比較例による振動発電装置は、金沢大学理工研究域電子情報学系の上野敏幸准教授による資料「磁歪材料を用いたマイクロ振動発電素子」（非特許文献２）を参照している。

図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ、比較例による振動発電装置の概略上面図及び概略正面図である。永久磁石１０１、ヨーク１０２、ヨーク１０３、永久磁石１０４、及びヨーク１０５を含み、磁場印加部材が形成されている。磁場印加部材の一方の磁極側のヨーク１０２と、他方の磁極側のヨーク１０３との間に、磁歪部材１０６及び１０７が平行に配置されている。磁歪部材１０６及び１０７は、それぞれ、一端がヨーク１０２に固定され、他端がヨーク１０３に固定されている。磁歪部材１０６及び１０７に、それぞれ、コイル１０８及び１０９が巻かれている。

磁歪部材１０６及び１０７に、長さ方向に磁場が印加され、磁歪に伴い磁束が生じる。磁歪部材１０６及び１０７の振動に伴い、磁歪部材１０６及び１０７が下方に歪むと、上側磁歪部材１０６に引張歪が生じ磁束が増加するとともに、下側磁歪部材１０７に圧縮歪が生じ磁束が減少する。磁歪部材１０６及び１０７が上方に歪むと、上側磁歪部材１０６に圧縮歪が生じ磁束が減少するとともに、下側磁歪部材１０７に引張歪が生じ磁束が増加する。振動に伴う磁束変化により、コイル１０８及び１０９に誘導電流が生じ、発電を行うことができる。

比較例による発電装置では、磁歪部材１０６及び１０７の両端が磁場印加部材に（ヨークに）固定され、磁歪部材１０６及び１０７に印加される磁場は一定である。一方、実施例による発電装置では、上述のように、磁歪部材６及び７は磁場印加部材に一端が固定され、他端は磁場印加部材には（ヨークには）固定されていない（図１参照）。

実施例の発電装置は、このような構造により、磁歪部材の歪に伴う磁束増加時は、印加磁場を増加させ、磁歪部材の歪に伴う磁束減少時は、印加磁場を減少させることができる。これにより、印加磁場一定の比較例よりも、磁束変化の幅を大きくすることが容易となり、発電効率向上を図ることができる。

また、比較例による発電装置は、磁歪部材が磁場印加部材により（ヨークにより）両端側で支持されており、磁歪部材と磁場印加部材とが（ヨークとが）一体となって振動する。一方、実施例による発電装置は、磁歪部材の他端側が磁場印加部材と離れた片持ち梁構造なので、磁歪部材を効率的に振動させることができる。これにより、発電効率向上を図ることができる。

以上説明したように、磁場印加部材に一端側を固定した磁歪部材を有する振動発電装置により、発電効率向上を図ることができる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

以上説明した実施例を含む実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
磁石を含んで形成され、一方の磁極側である第１端部と他方の磁極側である第２端部とを有する磁場印加部材と、
前記第１端部と前記第２端部との間に配置され、前記第１端部に固定され、前記第２端部には固定されていない第１磁歪部材と、
前記第１端部と前記第２端部との間に、前記第１磁歪部材と並んで配置され、前記第１端部に固定され、前記第２端部には固定されていない第２磁歪部材と、
前記第１磁歪部材と前記第２磁歪部材とを繋ぎ、前記第１磁歪部材の振動と前記第２磁歪部材の振動とを連動させる接続部材と、
前記第１磁歪部材の周囲に巻かれた第１コイルと、
前記第２磁歪部材の周囲に巻かれた第２コイルと
を有する発電装置。
（付記２）
前記接続部材は、絶縁材料で形成されている付記１に記載の発電装置。
（付記３）
前記第２端部は、前記第１磁歪部材に対向する第１部分と前記第２磁歪部材に対向する第２部分とに分割されている付記１または２に記載の発電装置。
（付記４）
前記第１磁歪部材及び前記第２磁歪部材は、正の磁歪を有する磁歪材料で形成されており、
前記第１磁歪部材と前記第２磁歪部材とが並ぶ方向に関して、前記第１部分の中心は、前記第１磁歪部材の中心よりも前記第２磁歪部材側に配置され、前記第２部分の中心は、前記第２磁歪部材の中心よりも前記第１磁歪部材側に配置されている付記３に記載の発電装置。
（付記５）
前記第１磁歪部材と前記第２磁歪部材とが並ぶ方向に関して、前記第１部分の外側の端は、前記第１磁歪部材の外側の端よりも前記第２磁歪部材側に配置され、前記第２部分の外側の端は、前記第２磁歪部材の外側の端よりも前記第１磁歪部材側に配置されている付記４に記載の発電装置。
（付記６）
前記第１磁歪部材及び前記第２磁歪部材は、負の磁歪を有する磁歪材料で形成されており、
前記第１磁歪部材と前記第２磁歪部材とが並ぶ方向に関して、前記第１部分の中心は、前記第１磁歪部材の中心よりも前記第２磁歪部材と反対側に配置され、前記第２部分の中心は、前記第２磁歪部材の中心よりも前記第１磁歪部材と反対側に配置されている付記３に記載の発電装置。
（付記７）
前記接続部材は、前記第１磁歪部材の前記第２端部側の端と、前記第２磁歪部材の前記第２端部側の端とを繋ぐ付記１〜６のいずれか１つに記載の発電装置。
（付記８）
前記接続部材は、非磁性材料で形成されている付記１〜７のいずれか１つに記載の発電装置。
（付記９）
前記第１コイルの巻かれた方向と、前記第２コイルの巻かれた方向とが逆である付記１〜８のいずれか１つに記載の発電装置。
（付記１０）
前記第１磁歪部材の形状及び前記第２磁歪部材の形状は、前記第１磁歪部材と前記第２磁歪部材とが並ぶ方向に振動しやすい異方性を持つ付記１〜９のいずれか１つに記載の発電装置。

１、３永久磁石
２、２ａ、２ｂ、４ヨーク
５磁場印加部材
６、７磁歪部材
８接続部材
９（磁歪部材６及び７が一体となった）構造体
１０、１１コイル
Ｃ２ａ、Ｃ２ｂ、Ｃ６、Ｃ７中心位置
２１、２４永久磁石
２２、２３、２３ａ、２３ｂ、２５ヨーク
２６、２７磁歪部材
２８接続部材
２９、３０コイル
３１、支持板
３２、３４クランプ柱
３３、３５クランプ接続部材

Claims

磁石を含んで形成され、一方の磁極側である第１端部と他方の磁極側である第２端部とを有する磁場印加部材と、
前記第１端部と前記第２端部との間に配置され、前記第１端部に固定され、前記第２端部には固定されていない第１磁歪部材と、
前記第１端部と前記第２端部との間に、前記第１磁歪部材と並んで配置され、前記第１端部に固定され、前記第２端部には固定されていない第２磁歪部材と、
前記第１磁歪部材と前記第２磁歪部材とを繋ぎ、前記第１磁歪部材の振動と前記第２磁歪部材の振動とを連動させる接続部材と、
前記第１磁歪部材の周囲に巻かれた第１コイルと、
前記第２磁歪部材の周囲に巻かれた第２コイルと
を有し、
前記第２端部は、前記第１磁歪部材に対向する第１部分と前記第２磁歪部材に対向する第２部分とに分割されおり、
前記第１磁歪部材及び前記第２磁歪部材は、正の磁歪を有する磁歪材料で形成されており、
前記第１磁歪部材と前記第２磁歪部材とが並ぶ方向に関して、前記第１部分の中心は、前記第１磁歪部材の中心よりも前記第２磁歪部材側に配置され、前記第２部分の中心は、前記第２磁歪部材の中心よりも前記第１磁歪部材側に配置されている発電装置。
磁石を含んで形成され、一方の磁極側である第１端部と他方の磁極側である第２端部とを有する磁場印加部材と、
前記第１端部と前記第２端部との間に配置され、前記第１端部に固定され、前記第２端部には固定されていない第１磁歪部材と、
前記第１端部と前記第２端部との間に、前記第１磁歪部材と並んで配置され、前記第１端部に固定され、前記第２端部には固定されていない第２磁歪部材と、
前記第１磁歪部材と前記第２磁歪部材とを繋ぎ、前記第１磁歪部材の振動と前記第２磁歪部材の振動とを連動させる接続部材と、
前記第１磁歪部材の周囲に巻かれた第１コイルと、
前記第２磁歪部材の周囲に巻かれた第２コイルと
を有し、
前記第２端部は、前記第１磁歪部材に対向する第１部分と前記第２磁歪部材に対向する第２部分とに分割されおり、
前記第１磁歪部材及び前記第２磁歪部材は、負の磁歪を有する磁歪材料で形成されており、
前記第１磁歪部材と前記第２磁歪部材とが並ぶ方向に関して、前記第１部分の中心は、前記第１磁歪部材の中心よりも前記第２磁歪部材と反対側に配置され、前記第２部分の中心は、前記第２磁歪部材の中心よりも前記第１磁歪部材と反対側に配置されている発電装置。
前記接続部材は、絶縁材料で形成されている請求項１または２に記載の発電装置。
前記接続部材は、前記第１磁歪部材の前記第２端部側の端と、前記第２磁歪部材の前記第２端部側の端とを繋ぐ請求項１〜３のいずれか１項に記載の発電装置。
前記接続部材は、非磁性材料で形成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の発電装置。