JP6064748B2

JP6064748B2 - 発電装置

Info

Publication number: JP6064748B2
Application number: JP2013073057A
Authority: JP
Inventors: 拓鈴木
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: JP2014197959A

Description

本発明は、磁歪材料よりなる磁歪素子を用いて発電を行う発電装置に関するものである。

従来の発電装置は、磁歪素子にコイルを巻き、磁歪素子に圧力を掛けることで磁界を発生させ、コイルから電流を取り出すようにしている。また、２つの磁歪素子を繋いだ梁構造にすることによって発電量を高めている（例えば、特許文献１参照）。

特許第４９０５８２０号明細書

しかしながら、従来の発電装置は、磁歪素子にコイルを巻いているため、磁歪素子を複数個用いる場合にはコイルも磁歪素子と同数必要であり、部品点数の増加を招くとともに、装置も大型化してしまうという問題があった。

本発明は上記点に鑑みて、磁歪素子を複数個用いる発電装置において、部品点数の増加および装置の大型化を抑制することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、磁歪定数が正の磁歪材料よりなる第１磁歪素子（１）と、磁歪定数が負の磁歪材料よりなる第２磁歪素子（２）と、第１磁歪素子とともに第１磁気回路を形成し、且つ第２磁歪素子とともに第２磁気回路を形成するヨーク（３）と、ヨークに巻かれたコイル（６）と、第１磁気回路に配置されてバイアス磁束を発生する第１永久磁石（４）と、第２磁気回路に配置されてバイアス磁束を発生する第２永久磁石（５）とを備え、ヨークのうち第１磁気回路の磁束および第２磁気回路の磁束がともに流れる部位を共通ヨーク部（３１）としたとき、コイルは共通ヨーク部に巻かれ、第１磁歪素子と第２磁歪素子は、共通ヨーク部を中心とした対称の位置に配置され、第１磁歪素子が発生した磁束と第２磁歪素子が発生した磁束が、共通ヨーク部にて同じ向きに流れて重なり合うように構成されていることを特徴とする。

これによると、第１磁歪素子が発生した磁束と第２磁歪素子が発生した磁束を、共通ヨーク部にて同じ向きに流すことができるため、２つの磁歪素子に対して１つのコイルを設ければよい。したがって、発電量を高めるために磁歪素子を複数個用いる発電装置において、部品点数の増加および装置の大型化を抑制することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（ａ）は本発明の第１実施形態に係る発電装置の構成を示す正面図、（ｂ）は（ａ）の平面図、（ｃ）は（ａ）の右側面図である。第１実施形態の作動説明に供する正面図である。（ａ）は本発明の第２実施形態に係る発電装置の構成を示す正面断面図、（ｂ）は（ａ）の平面図、（ｃ）は（ａ）の右側面断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。

図１、図２に示すように、発電装置は、伸長時に大きな磁束を発生する磁歪定数が正の磁歪材料よりなる棒状の第１磁歪素子１と、収縮時に大きな磁束を発生する磁歪定数が負の磁歪材料よりなる棒状の第２磁歪素子２が、平行に配置されている。

なお、磁歪定数が正の磁歪材料としては、ＴｂＦｅ２（テルビウム−鉄合金）、ＤｙＦｅ２（ディスプロシウム−鉄合金）、ＨｏＦｅ２（ホルミウム−鉄合金）、Ｇａｌｆｅｎｏｌ（ガリウム−鉄合金）、Ｔｅｒｆｅｎｏｌ−Ｄ（テルビウム−ディスプロシウム−鉄合金）、ＦｅＳｉＢ（鉄−シリコン−ホウ素アモルファス合金）等がある。

また、磁歪定数が負の磁歪材料としては、ＳｍＦｅ２（サマリウム−鉄合金）、ＥｒＦｅ２（エルビウム−鉄合金）、ＴｍＦｅ２（ツリウム−鉄合金）等がある。

第１磁歪素子１および第２磁歪素子２には、磁性体金属製のヨーク３が連結されている。このヨーク３は、エ字状になっており、第１磁歪素子１および第２磁歪素子２と平行に配置される棒状の共通ヨーク部３１、共通ヨーク部３１の一端から第１磁歪素子１の一端側に向かって延びる板状の第１アーム部３２、共通ヨーク部３１の他端から第１磁歪素子１の他端側に向かって延びる板状の第２アーム部３３、共通ヨーク部３１の一端から第２磁歪素子２の一端側に向かって延びる板状の第３アーム部３４、共通ヨーク部３１の他端から第２磁歪素子２の他端側に向かって延びる板状の第４アーム部３５を備えている。

第１磁歪素子１と第２磁歪素子２は、共通ヨーク部３１と平行で、且つ、共通ヨーク部３１を中心とした対称の位置に配置されている。換言すると、第１磁歪素子１と第２磁歪素子２と共通ヨーク部３１は、共通ヨーク部３１と直交する方向に沿って直線状に並んで配置されている。

４つのアーム部３２〜３５は、平行に配置されている。また、第１アーム部３２と第２アーム部３３は、直線状になっており、共通ヨーク部３１に対して直交方向に延びている。第３アーム部３４と第４アーム部３５は、直線状になっており、共通ヨーク部３１に対して直交方向に延びている。

第１アーム部３２と第２アーム部３３との間に第１磁歪素子１が挟持されている。また、第１アーム部３２と第１磁歪素子１との間、および第２アーム部３３と第１磁歪素子１との間に、バイアス磁束を発生する第１永久磁石４が挟持されている。

そして、第１磁歪素子１、共通ヨーク部３１、第１アーム部３２、第２アーム部３３、および第１永久磁石４によって、第１磁気回路Ａが形成されている。

ここで、第１アーム部３２と第１磁歪素子１との間に挟持された第１永久磁石４は、第１アーム部３２側がＮ極で、第１磁歪素子１側がＳ極である。また、第２アーム部３３と第１磁歪素子１との間に挟持された第１永久磁石４は、第２アーム部３３側がＳ極で、第１磁歪素子１側がＮ極である。これにより、第１永久磁石４が発生するバイアス磁束が第１磁気回路Ａを矢印の向きに流れる。

第３アーム部３４と第４アーム部３５との間に第２磁歪素子２が挟持されている。また、第３アーム部３４と第２磁歪素子２との間、および第４アーム部３５と第２磁歪素子２との間に、バイアス磁束を発生する第２永久磁石５が挟持されている。

そして、第２磁歪素子２、共通ヨーク部３１、第３アーム部３４、第４アーム部３５、および第２永久磁石５によって、第２磁気回路Ｂが形成されている。

ここで、第３アーム部３４と第２磁歪素子２との間に挟持された第２永久磁石５は、第３アーム部３４側がＮ極で、第２磁歪素子２側がＳ極である。また、第４アーム部３５と第２磁歪素子２との間に挟持された第２永久磁石５は、第４アーム部３５側がＳ極で、第２磁歪素子２側がＮ極である。これにより、第２永久磁石５が発生するバイアス磁束が第２磁気回路Ｂを矢印の向きに流れる。

共通ヨーク部３１は、第１磁気回路Ａの磁束および第２磁気回路Ｂの磁束がともに流れる部位である。そして、この共通ヨーク部３１の外周側に、エナメル線よりなるコイル６が巻かれている。

上記構成の発電装置は、第３アーム部３４および第４アーム部３５が、振動源である構造体７に固定されて用いられる。ここで、発電装置は、第１磁歪素子１と第２磁歪素子２と共通ヨーク部３１の並び方向（図２の紙面左右方向）が、構造体７の振動方向と一致するようにして、構造体７に固定されている。

なお、第１磁歪素子１、第２磁歪素子２、ヨーク３、第１永久磁石４、および第２永久磁石５は、振動によりそれらの構成要素間にガタが生じないように、強固に接合されている。

次に、上記構成になる発電装置の作動について説明する。図２に示すように、構造体７の振動に伴って共通ヨーク部３１の曲げ振動が発生し、第１磁歪素子１および第２磁歪素子２が伸縮する。具体的には、第１磁歪素子１が伸長する際には第２磁歪素子２が収縮し、一方、第１磁歪素子１が収縮する際には第２磁歪素子２が伸長する。

そして、第１磁歪素子１が伸長し第２磁歪素子２が収縮する際には、第１磁歪素子１が発生する磁束が第１磁気回路Ａを矢印の向きに流れ、同時に、第２磁歪素子２が発生する磁束が第２磁気回路Ｂを矢印の向きに流れる。すなわち、第１磁歪素子１が発生した磁束と第２磁歪素子２が発生した磁束は、共通ヨーク部３１にて同じ向きに流れ、両者の磁束が重なり合う。これにより、コイル６に誘導電圧が発生する。

また、第１磁歪素子１および第２磁歪素子２の連続的な伸縮により、共通ヨーク部３１を流れる磁束の大きさは周期的に変動する。これにより、連続的した発電を行うことができる。

本実施形態では、２つの磁歪素子１、２に対して１つのコイル６を設ければよい。したがって、発電量を高めるために磁歪素子を複数個用いる発電装置において、部品点数の増加および装置の大型化を抑制することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態の発電装置は、振動方向が２方向の場合に好適なものである。以下、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図３に示すように、発電装置は、第１磁歪素子１を２つ備え、第２磁歪素子２を２つ備えている。なお、必要に応じて、第１磁歪素子１は、一方の第１磁歪素子１ａ、他方の第１磁歪素子１ｂといい、第２磁歪素子２は、一方の第２磁歪素子２ａ、他方の第２磁歪素子２ｂという。

発電装置は、第１永久磁石４、および第２永久磁石５を、それぞれ４つ備えている。また、ヨーク３は、共通ヨーク部３１を１つ備え、第１〜第４アーム部３２〜３５をそれぞれ２つ備えている。

一方の第１磁歪素子１ａと一方の第２磁歪素子２ａは、共通ヨーク部３１と平行で、且つ、共通ヨーク部３１を中心とした対称の位置に配置されている。同様に、他方の第１磁歪素子１ｂと他方の第２磁歪素子２ｂは、共通ヨーク部３１と平行で、且つ、共通ヨーク部３１を中心とした対称の位置に配置されている。

また、一方の第１磁歪素子１ａと一方の第２磁歪素子２ａと共通ヨーク部３１の並び方向と、他方の第１磁歪素子１ｂと他方の第２磁歪素子２ｂと共通ヨーク部３１の並び方向は、直交している。

上記構成において、振動方向Ｘの振動により一方の第１磁歪素子１ａと一方の第２磁歪素子２ａが伸縮し、一方の第１磁歪素子１ａが発生する磁束と一方の第２磁歪素子２ａが発生する磁束が共通ヨーク部３１にて同じ向きに流れ、コイル６に誘導電圧が発生する。

また、振動方向Ｙの振動により他方の第１磁歪素子１ｂと他方の第２磁歪素子２ｂが伸縮し、他方の第１磁歪素子１ｂが発生する磁束と他方の第２磁歪素子２ｂが発生する磁束が共通ヨーク部３１にて同じ向きに流れ、コイル６に誘導電圧が発生する。

本実施形態では、４つの磁歪素子１、２に対して１つのコイル６を設ければよい。したがって、発電量を高めるために磁歪素子を複数個用いる発電装置において、部品点数の増加および装置の大型化を抑制することができる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。

また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。

また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

１第１磁歪素子
２第２磁歪素子
３ヨーク
４第１永久磁石
５第２永久磁石
６コイル
３１共通ヨーク部

Claims

磁歪定数が正の磁歪材料よりなる第１磁歪素子（１）と、
磁歪定数が負の磁歪材料よりなる第２磁歪素子（２）と、
前記第１磁歪素子とともに第１磁気回路を形成し、且つ前記第２磁歪素子とともに第２磁気回路を形成するヨーク（３）と、
前記ヨークに巻かれたコイル（６）と、
前記第１磁気回路に配置されてバイアス磁束を発生する第１永久磁石（４）と、
前記第２磁気回路に配置されてバイアス磁束を発生する第２永久磁石（５）とを備え、
前記ヨークのうち前記第１磁気回路の磁束および前記第２磁気回路の磁束がともに流れる部位を共通ヨーク部（３１）としたとき、前記コイルは前記共通ヨーク部に巻かれ、
前記第１磁歪素子と前記第２磁歪素子は、前記共通ヨーク部を中心とした対称の位置に配置され、
前記第１磁歪素子が発生した磁束と前記第２磁歪素子が発生した磁束が、前記共通ヨーク部にて同じ向きに流れて重なり合うように構成されていることを特徴とする発電装置。
前記第１磁歪素子および前記第２磁歪素子が、それぞれ複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。