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JP7557357B2 - Magnetostrictive power generation device - Google Patents

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JP7557357B2
JP7557357B2 JP2020209394A JP2020209394A JP7557357B2 JP 7557357 B2 JP7557357 B2 JP 7557357B2 JP 2020209394 A JP2020209394 A JP 2020209394A JP 2020209394 A JP2020209394 A JP 2020209394A JP 7557357 B2 JP7557357 B2 JP 7557357B2
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広明 坂本
昌男 田邊
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Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
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Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

本発明は、磁歪発電デバイスに関する。 The present invention relates to a magnetostrictive power generation device.

近年発展しているモノのインターネット(Internet of Things、以下「IoT」と略す)の利用においては、モノとインターネットとの接続のために、センサ、電源、および無線通信装置等が一体となった無線センサモジュールを使用する。このような無線センサモジュールの電源として、電池交換や充電作業等の人手による定期的なメンテナンスの必要なしに、設置場所の環境で発生しているエネルギーから電力を発生させることが可能な発電装置の開発が望まれている。 In the use of the Internet of Things (IoT), which has developed in recent years, wireless sensor modules that integrate sensors, power sources, wireless communication devices, etc. are used to connect things to the Internet. There is a demand for the development of power generation devices that can generate electricity from energy generated in the environment where the device is installed as a power source for such wireless sensor modules, without the need for regular manual maintenance such as battery replacement and charging.

このような発電装置の一例が、磁歪の逆効果である逆磁歪を使用した磁歪式振動発電装置である。逆磁歪とは、磁歪材料に振動などによって歪みが加えられたときに、磁歪材料の磁化が変化する現象である。磁歪式振動発電は、振動により磁歪材料に歪みを加えて、逆磁歪効果により発生する磁化の変化を、電磁誘導の法則により、磁歪素子の周囲に巻かれたコイルに起電力を発生させるものである。 One example of such a power generation device is a magnetostrictive vibration power generation device that uses inverse magnetostriction, which is the reverse effect of magnetostriction. Inverse magnetostriction is a phenomenon in which the magnetization of a magnetostrictive material changes when strain is applied to the magnetostrictive material due to vibration or other reasons. Magnetostrictive vibration power generation applies strain to a magnetostrictive material through vibration, and the change in magnetization caused by the inverse magnetostrictive effect generates an electromotive force in a coil wound around the magnetostrictive element according to the law of electromagnetic induction.

従来、磁歪材料の発電性能を高めるためには、その磁歪量を増加させる方法が試みられてきた。これは、磁歪量が大きいほど、磁歪材料に引っ張り歪みと圧縮歪みを交互に負荷した場合、逆磁歪を利用した磁束密度の変化(ΔB)が大きくなり、発電出力も大きくなるからである。このような観点から、磁歪量の大きな材料として、FeGa合金、FeCo合金、FeAl合金等が開発され、これらの磁歪材料を用いた発電デバイスも開発されている(特許文献1~6)。 In the past, attempts have been made to increase the amount of magnetostriction in order to improve the power generation performance of magnetostrictive materials. This is because the greater the amount of magnetostriction, the greater the change in magnetic flux density (ΔB) due to inverse magnetostriction when the magnetostrictive material is alternately loaded with tensile strain and compressive strain, and the greater the power generation output. From this perspective, materials with large amounts of magnetostriction such as FeGa alloys, FeCo alloys, and FeAl alloys have been developed, and power generation devices using these magnetostrictive materials have also been developed (Patent Documents 1 to 6).

例えば、特許文献1に記載の発電デバイスにおいては、発電性能を向上させて品質のバラツキを低減するために、磁歪材料と軟磁性材料とを貼り合わせ、磁歪材料の磁化によって軟磁性材料の磁化を変化させる。こうすることで、磁歪材料の磁化の変化による電圧に加えて、軟磁性材料の磁化の変化による電圧も検出用コイルに誘起させる。使用する磁歪材料としては、FeCo、FeAl、Ni、NiFe、NiCo等が記載されており、軟磁性材料としては、Fe、FeNi、FeSi、電磁ステンレスが記載されている。 For example, in the power generation device described in Patent Document 1, in order to improve power generation performance and reduce quality variation, a magnetostrictive material and a soft magnetic material are bonded together, and the magnetization of the soft magnetic material is changed by the magnetization of the magnetostrictive material. In this way, in addition to the voltage caused by the change in magnetization of the magnetostrictive material, a voltage caused by the change in magnetization of the soft magnetic material is also induced in the detection coil. Examples of magnetostrictive materials used include FeCo, FeAl, Ni, NiFe, and NiCo, and examples of soft magnetic materials include Fe, FeNi, FeSi, and electromagnetic stainless steel.

特許文献2に記載の発電デバイスにおいては、起電力の向上、製造コストの低減、量産性の向上のために、磁歪材料と磁性材料とを合わせた平行梁構造を作製し、磁性材料をバイアス磁場によって磁気飽和させた状態で使用する構造を有するアクチュエータが開示されている。当該アクチュエータにおいては、バックヨークをコの字状とし、中立面を磁歪材料の外に設け、振動によるバイアス磁場の変化を磁歪材料の磁化の変化に重畳させて起電力を向上させる。磁歪材料としてFeGa、FeCo、FeAl、FeSiB、アモルファス材料等が記載されており、磁性材料としては、SPCC、炭素鋼(SS400、SC、SK、SK2)、フェライト系ステンレス鋼(SUS430)等が記載されている。 The power generation device described in Patent Document 2 discloses an actuator having a structure in which a parallel beam structure is created by combining magnetostrictive material and magnetic material, and the magnetic material is used in a state where it is magnetically saturated by a bias magnetic field, in order to improve electromotive force, reduce manufacturing costs, and improve mass productivity. In this actuator, the back yoke is U-shaped, the neutral surface is provided outside the magnetostrictive material, and the electromotive force is improved by superimposing the change in the bias magnetic field due to vibration on the change in magnetization of the magnetostrictive material. As magnetostrictive materials, FeGa, FeCo, FeAl, FeSiB, amorphous materials, etc. are described, and as magnetic materials, SPCC, carbon steel (SS400, SC, SK, SK2), ferritic stainless steel (SUS430), etc. are described.

特許文献3は、発電効率の向上、一様な応力負荷のために、磁歪材料と補強材としての非磁性材料とを貼り合わせ、磁歪材料と補強材の断面積比を補強材/磁歪材料>0.8になるように規定した発電素子が開示されている。磁歪材料としてはFeGa、FeCo、FeNi等が記載されており、補強材としてはフィラー含有樹脂、Al、Mg、Zn、Cu等が記載されている。 Patent Document 3 discloses a power generating element in which a magnetostrictive material is bonded to a non-magnetic material as a reinforcing material in order to improve power generation efficiency and apply a uniform stress load, and the cross-sectional area ratio of the magnetostrictive material to the reinforcing material is specified to be reinforcing material/magnetostrictive material > 0.8. Examples of magnetostrictive materials listed include FeGa, FeCo, FeNi, etc., and examples of reinforcing materials listed include filler-containing resin, Al, Mg, Zn, Cu, etc.

特許文献4の発電デバイスにおいては、発電出力を向上させるために、コイルの巻数を多くすることのできる構造が採用されている。具体的には、磁歪板と非磁性構造体とを面接合した構造を作製し、磁歪板からコイルが巻かれたUの字状ヨークに磁界を還流させる。磁歪板としては、FeGaおよびFeCoが記載されており、非磁性構造体としてはステンレス(SUS304、等)が記載されている。 The power generation device of Patent Document 4 employs a structure that allows the number of turns of the coil to be increased in order to improve the power generation output. Specifically, a structure is created in which a magnetostrictive plate and a non-magnetic structure are surface-bonded, and a magnetic field is returned from the magnetostrictive plate to a U-shaped yoke around which a coil is wound. FeGa and FeCo are described as the magnetostrictive plate, and stainless steel (SUS304, etc.) is described as the non-magnetic structure.

特許文献5の発電デバイスにおいては、発電効率の向上および一様な応力負荷のために、磁歪材料と非磁性材料(補強材)とを貼り合わせた構造体を作製し、当該構造体を2本の平行梁として用いている。磁歪材料としては、FeGa、FeCo、FeCo系アモルファス、Fe系アモルファス、Ni系アモルファス、メタ磁性形状記憶合金、強磁性形状記憶合金等が記載されており、非磁性材料としては、酸化シリコン、アルミナ、ポリイミド、ポリカーボネード、繊維強化プラスチック、非磁性金属(Al、Cu)等が記載されている。 In the power generation device of Patent Document 5, in order to improve power generation efficiency and apply uniform stress, a structure is fabricated by bonding a magnetostrictive material and a non-magnetic material (reinforcement material), and the structure is used as two parallel beams. Examples of magnetostrictive materials described in this document include FeGa, FeCo, FeCo-based amorphous, Fe-based amorphous, Ni-based amorphous, metamagnetic shape memory alloy, and ferromagnetic shape memory alloy, while examples of non-magnetic materials described in this document include silicon oxide, alumina, polyimide, polycarbonate, fiber-reinforced plastic, and non-magnetic metals (Al, Cu).

特許文献6の発電デバイスにおいては、発電出力の向上のために、磁歪材料と磁性材料とを離した平行梁とした構造を使用する。当該構造によって、磁性材料を磁気飽和させない状態で使用し、磁歪材料の磁束の変化によって磁性材料の磁束を変化させ、磁歪材料による誘起電圧に、磁性材料による誘起電圧を足し合せた電圧を取り出せる設計としている。磁歪材料としては、FeGa、FeCo、FeNi、FeDyTeが記載されており、磁性材料としては、フェライト系ステンレス鋼、FeSi、NiFe、CoFe、SmCo、NdFeB、CoCr、CoPtが記載されている。 In the power generation device of Patent Document 6, a structure is used in which the magnetostrictive material and the magnetic material are separated into parallel beams in order to improve the power generation output. This structure allows the magnetic material to be used without magnetic saturation, and the magnetic flux of the magnetic material is changed by changing the magnetic flux of the magnetostrictive material, so that a voltage can be extracted that is the sum of the induced voltage by the magnetostrictive material and the induced voltage by the magnetic material. As magnetostrictive materials, FeGa, FeCo, FeNi, and FeDyTe are listed, and as magnetic materials, ferritic stainless steel, FeSi, NiFe, CoFe, SmCo, NdFeB, CoCr, and CoPt are listed.

国際公開第2018/230154号International Publication No. 2018/230154 特開2018-148791号公報JP 2018-148791 A 国際公開第2014/021197号International Publication No. 2014/021197 国際公開第2013/038682号International Publication No. 2013/038682 国際公開第2013/186876号International Publication No. 2013/186876 特開2015-70741号公報JP 2015-70741 A

特許文献1~6の記載から明らかなように、磁歪発電素子および磁歪発電デバイスにおいては、種々の磁歪材料が他の材料と共に使用されている。磁歪材料としては、最も磁歪量の大きな材料として知られるFeGa合金が特許文献2~6に記載されているが、FeGa合金は単結晶引き上げ方法(CZ法)で製造されるため、非常に高価である。特許文献1~6に記載されているFeCo合金は圧延法で製造されるが、Coを含有しているため、やはり高価である。また、特許文献1および2に記載されているFeAl合金は、FeGa合金やFeCo合金と比べて安価ではあるものの、やはり高価である。さらに靭性が低く、通常の圧延法で板形状に製造することが容易ではないといった問題も有している。 As is clear from the descriptions in Patent Documents 1 to 6, various magnetostrictive materials are used together with other materials in magnetostrictive power generation elements and magnetostrictive power generation devices. As a magnetostrictive material, Patent Documents 2 to 6 describe FeGa alloys, which are known to have the largest amount of magnetostriction. However, FeGa alloys are very expensive because they are manufactured by a single crystal pulling method (CZ method). The FeCo alloys described in Patent Documents 1 to 6 are manufactured by a rolling method, but they are also expensive because they contain Co. In addition, the FeAl alloys described in Patent Documents 1 and 2 are less expensive than the FeGa alloys and FeCo alloys, but are still expensive. In addition, they have low toughness, and are not easily manufactured into a plate shape by a normal rolling method.

このような問題を鑑みて、上述したようなコストの高い磁歪材料を使用して磁歪発電デバイスを製造する際には、磁歪材料とそこに貼り合わせる相手材とで構成される発電用磁歪素子を製造し、当該発電用磁歪素子を、より低コストの材料で製造したフレーム等に固定した構造を採用している。このように発電用磁歪素子をフレームに固定した磁歪発電デバイスにおいては、発電用磁歪素子とフレームとの間で十分な接合強度を維持するのが難しく、耐久性が低下し得る。また、発電用磁歪素子とフレームとの接合部に磁気的なギャップが生じ得ることから、ギャップのサイズのバラツキによって磁気抵抗にバラツキが発生し、発電用磁歪素子に印加するバイアス磁場を一定に調整することも難しくなる。 In consideration of these problems, when manufacturing a magnetostrictive power generation device using the above-mentioned high-cost magnetostrictive material, a magnetostrictive element for power generation is manufactured consisting of a magnetostrictive material and a mating material to be bonded thereto, and the magnetostrictive element for power generation is fixed to a frame or the like manufactured from a lower-cost material. In a magnetostrictive power generation device in which a magnetostrictive element for power generation is fixed to a frame in this way, it is difficult to maintain sufficient joint strength between the magnetostrictive element for power generation and the frame, and durability may decrease. In addition, a magnetic gap may occur at the joint between the magnetostrictive element for power generation and the frame, and variations in the size of the gap cause variations in magnetic resistance, making it difficult to adjust the bias magnetic field applied to the magnetostrictive element for power generation to a constant value.

本発明は、下記の磁歪発電デバイスである。
[1] 電磁鋼板で形成された磁歪部、および弾性材料で形成された応力制御部を有する発電用磁歪素子と、前記発電用磁歪素子と連続したフレームとを備える磁歪発電デバイスであって、前記フレームの少なくとも一部が、前記磁歪部から延びた前記電磁鋼板と、前記応力制御部から延びた前記弾性材料とを含む積層体で構成されている、磁歪発電デバイス。
[2] 前記電磁鋼板が方向性電磁鋼板である、[1]に記載のデバイス。
[3] 前記電磁鋼板が無方向性電磁鋼板である、[1]に記載のデバイス。
[4] 前記弾性材料が非磁性材料である、[1]~[3]のいずれかに記載のデバイス。
[5] 前記フレームの全体が、前記磁歪部から延びた前記電磁鋼板と一体構成である、[1]~[4]のいずれかに記載のデバイス。
[6] 前記フレームの全体が、前記応力制御部から延びた前記弾性材料と一体構成である、[1]~[4]のいずれかに記載のデバイス。
[7] 前記フレームの全体が、前記発電用磁歪素子と一体構成である、[1]~[4]のいずれかに記載のデバイス。
[8] 前記フレームが少なくとも1か所の曲部を有する形状であり、前記フレームおよび前記発電用磁歪素子において、前記電磁鋼板が前記デバイスの内側に位置し、前記弾性材料が前記デバイスの外側に位置する、[1]~[7]のいずれかに記載のデバイス。
[9] 前記フレームが少なくとも1か所の曲部を有する形状であり、前記フレームおよび前記発電用磁歪素子において、前記弾性材料が前記デバイスの内側に位置し、前記電磁鋼板が前記デバイスの外側に位置する、[1]~[7]のいずれかに記載のデバイス。
The present invention relates to the following magnetostrictive power generating device.
[1] A magnetostrictive power generation device comprising a magnetostrictive element for power generation having a magnetostrictive portion formed of an electromagnetic steel plate and a stress control portion formed of an elastic material, and a frame continuous with the magnetostrictive element for power generation, wherein at least a portion of the frame is composed of a laminate including the electromagnetic steel plate extending from the magnetostrictive portion and the elastic material extending from the stress control portion.
[2] The device according to [1], wherein the electrical steel sheet is a grain-oriented electrical steel sheet.
[3] The device according to [1], wherein the electrical steel sheet is a non-oriented electrical steel sheet.
[4] The device according to any one of [1] to [3], wherein the elastic material is a non-magnetic material.
[5] The device according to any one of [1] to [4], wherein the entire frame is integral with the electromagnetic steel plate extending from the magnetostrictive portion.
[6] The device according to any one of [1] to [4], wherein the entire frame is integral with the elastic material extending from the stress control section.
[7] The device according to any one of [1] to [4], wherein the entire frame is integral with the magnetostrictive element for power generation.
[8] The device described in any one of [1] to [7], wherein the frame has a shape having at least one curved portion, and in the frame and the magnetostrictive element for power generation, the electromagnetic steel plate is located inside the device, and the elastic material is located outside the device.
[9] The device described in any one of [1] to [7], wherein the frame has a shape having at least one curved portion, and in the frame and the magnetostrictive element for power generation, the elastic material is located inside the device, and the electromagnetic steel sheet is located outside the device.

本発明によれば、電磁鋼板で形成された磁歪部および弾性材料で形成された応力制御部を有する磁歪素子と、前記磁歪素子と連続したフレームとを備える磁歪発電デバイスにおいて、フレームの少なくとも一部を、磁歪部から延びた電磁鋼板と、応力制御部から延びた弾性材料とを含む積層体で構成することによって、低コスト且つ耐久性に優れ、従来の磁歪発電デバイスと同等またはそれらを超える発電量を達成しうる、性能の安定な磁歪発電デバイスが提供される。 According to the present invention, in a magnetostrictive power generation device including a magnetostrictive element having a magnetostrictive portion formed of electromagnetic steel plate and a stress control portion formed of an elastic material, and a frame continuous with the magnetostrictive element, by forming at least a portion of the frame from a laminate including electromagnetic steel plate extending from the magnetostrictive portion and an elastic material extending from the stress control portion, a magnetostrictive power generation device with stable performance is provided that is low-cost, has excellent durability, and can achieve a power generation amount equivalent to or exceeding that of conventional magnetostrictive power generation devices.

本発明の磁歪発電デバイスの構造を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing the structure of a magnetostrictive generating device of the present invention. 本発明の磁歪発電デバイスの構造を示す別の模式図である。FIG. 2 is another schematic diagram showing the structure of the magnetostrictive generating device of the present invention. 本発明の磁歪発電デバイスの構造を示すさらに別の模式図である。FIG. 4 is yet another schematic diagram showing the structure of the magnetostrictive generating device of the present invention. 本発明の磁歪発電デバイスの構造を示すさらに別の模式図である。FIG. 4 is yet another schematic diagram showing the structure of the magnetostrictive generating device of the present invention. 本発明の磁歪発電デバイスの構造を示すさらに別の模式図である。FIG. 4 is yet another schematic diagram showing the structure of the magnetostrictive generating device of the present invention. 本発明の磁歪発電デバイスの構造を示すさらに別の模式図である。FIG. 4 is yet another schematic diagram showing the structure of the magnetostrictive generating device of the present invention. 本発明の磁歪発電デバイスの構造を示すさらに別の模式図である。FIG. 4 is yet another schematic diagram showing the structure of the magnetostrictive generating device of the present invention. 本発明の磁歪発電デバイスの構造を示すさらに別の模式図である。FIG. 4 is yet another schematic diagram showing the structure of the magnetostrictive generating device of the present invention. 比較例の磁歪発電デバイスの構造を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the structure of a magnetostrictive generating device of a comparative example. 本発明の磁歪発電デバイスの構造を示すさらに別の模式図である。FIG. 4 is yet another schematic diagram showing the structure of the magnetostrictive generating device of the present invention. 本発明の磁歪発電デバイスの構造を示すさらに別の模式図である。FIG. 4 is yet another schematic diagram showing the structure of the magnetostrictive generating device of the present invention. 本発明の磁歪発電デバイスの構造を示すさらに別の模式図である。FIG. 4 is yet another schematic diagram showing the structure of the magnetostrictive generating device of the present invention. 本発明の磁歪発電デバイスの構造を示すさらに別の模式図である。FIG. 4 is yet another schematic diagram showing the structure of the magnetostrictive generating device of the present invention. 本発明の磁歪発電デバイスの構造を示すさらに別の模式図である。FIG. 4 is yet another schematic diagram showing the structure of the magnetostrictive generating device of the present invention. 本発明の磁歪発電デバイスの構造を示すさらに別の模式図である。FIG. 4 is yet another schematic diagram showing the structure of the magnetostrictive generating device of the present invention. 本発明の磁歪発電デバイスの構造を示すさらに別の模式図である。FIG. 4 is yet another schematic diagram showing the structure of the magnetostrictive generating device of the present invention. 本発明の磁歪発電デバイスの構造を示すさらに別の模式図である。FIG. 4 is yet another schematic diagram showing the structure of the magnetostrictive generating device of the present invention. 本発明の磁歪発電デバイスの構造を示すさらに別の模式図である。FIG. 4 is yet another schematic diagram showing the structure of the magnetostrictive generating device of the present invention. 本発明の磁歪発電デバイスの構造を示すさらに別の模式図である。FIG. 4 is yet another schematic diagram showing the structure of the magnetostrictive generating device of the present invention.

上述したように、従来技術において発電用の磁歪材料として記載されているのは、主に、飽和磁歪が約200ppmレベルのFeGa合金、あるいは、飽和磁歪が80ppmレベルのFeCo合金やFeAl合金といった、飽和磁歪の大きな材料である。これは飽和磁歪が大きい程、磁歪材料に歪みを与えた場合に発生する磁気弾性エネルギーも大きく、このエネルギーを下げるために磁歪材料内の磁化の向きが変化し易くなるためである。そして、磁化の向きが変化し易い程、検出用コイルに誘起される電圧は大きくなる。言い換えれば、飽和磁歪が8ppmレベルの電磁鋼板(即ち、FeSi合金)を発電用磁歪材料として用いることは、従来想定されていなかった。 As mentioned above, the magnetostrictive materials described in the prior art as being for power generation are mainly materials with large saturation magnetostriction, such as FeGa alloys with a saturation magnetostriction of about 200 ppm, or FeCo alloys and FeAl alloys with a saturation magnetostriction of 80 ppm. This is because the larger the saturation magnetostriction, the larger the magnetoelastic energy generated when the magnetostrictive material is distorted, and the easier it is for the magnetization direction in the magnetostrictive material to change in order to reduce this energy. The easier it is for the magnetization direction to change, the larger the voltage induced in the detection coil. In other words, it has not been previously envisioned to use magnetic steel sheets (i.e., FeSi alloys) with a saturation magnetostriction of 8 ppm as magnetostrictive materials for power generation.

このような状況において本発明者らは、発電用磁歪素子の磁歪部を電磁鋼板で形成し、そこに積層する応力制御部を弾性材料で形成し、さらに磁歪発電デバイスの磁歪素子と連続するフレームの少なくとも一部を、磁歪部から延びた電磁鋼板と、応力制御部から延びた弾性材料とを含む積層体で構成した。このような磁歪発電デバイスにおいては、発電用磁歪素子とフレームとの接合部が磁歪素子中もしくは磁歪素子の近傍に存在しないことから、発電のために磁歪素子に連続的な歪みが加えられた際に、接合部に応力集中が起こりにくく、デバイスの耐久性が向上した。さらに磁気回路を構成する部材内の連続性が高まるために磁気的なギャップの発生が低減されて、磁石によるバイアス磁場の調整が容易となり、電圧を安定させることができた。また、電磁鋼板は従来の磁歪材料であるFeGa合金、FeCo合金等よりも低コストであるため、従来の磁歪発電デバイスと同等またはそれらを超える発電量を達成しながらも、磁歪発電デバイスのコストを下げることが可能となり、本発明を完成するに至った。 In this situation, the inventors formed the magnetostrictive portion of the magnetostrictive element for power generation from electromagnetic steel sheets, formed the stress control portion laminated thereon from an elastic material, and further constructed at least a part of the frame continuous with the magnetostrictive element of the magnetostrictive power generation device from a laminate including electromagnetic steel sheets extending from the magnetostrictive portion and elastic material extending from the stress control portion. In such a magnetostrictive power generation device, the joint between the magnetostrictive element for power generation and the frame is not present in the magnetostrictive element or in the vicinity of the magnetostrictive element, so that when continuous strain is applied to the magnetostrictive element for power generation, stress concentration is unlikely to occur at the joint, and the durability of the device is improved. Furthermore, the continuity within the members constituting the magnetic circuit is increased, so the occurrence of magnetic gaps is reduced, making it easier to adjust the bias magnetic field by magnets and stabilizing the voltage. In addition, because electromagnetic steel sheets are less expensive than conventional magnetostrictive materials such as FeGa alloys and FeCo alloys, it is possible to reduce the cost of the magnetostrictive power generation device while achieving a power generation amount equivalent to or exceeding that of conventional magnetostrictive power generation devices, and thus the present invention has been completed.

以下に、例示的な実施形態を挙げて本発明の説明を行うが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。 The present invention will be described below with reference to exemplary embodiments, but the present invention is not limited to the following embodiments.

本発明は磁歪発電デバイスに関する。本発明の磁歪発電デバイスは、発電用磁歪素子と支持部とを備える磁歪発電デバイスである。
本発明において「発電用磁歪素子」(以下、しばしば、「磁歪素子」と略す場合もある)とは、電磁鋼板から形成される磁歪部と、弾性材料から形成される応力制御部とを含み、磁歪部の逆磁歪(即ち、磁歪部の形状変化(歪み)に伴う磁場の発生)に基づく発電が可能な素子を意味する。構造的には、磁歪部と応力制御部とを含む積層体の周りに検出用コイルの巻かれた、発電に寄与する領域である。実際の発電デバイスにおいては、コイルの巻かれた領域の外側の隣接部分も発電に寄与するが、本願明細書においては、コイルの巻かれる領域を磁歪発電素子と定義する。
The present invention relates to a magnetostrictive generating device. The magnetostrictive generating device of the present invention is a magnetostrictive generating device including a magnetostrictive element for generating electricity and a support portion.
In the present invention, a "magnetostrictive element for power generation" (hereinafter often abbreviated as "magnetostrictive element") refers to an element that includes a magnetostrictive portion formed from an electromagnetic steel sheet and a stress control portion formed from an elastic material, and that is capable of generating power based on the inverse magnetostriction of the magnetostrictive portion (i.e., the generation of a magnetic field associated with a change in shape (distortion) of the magnetostrictive portion). Structurally, it is an area that contributes to power generation, in which a detection coil is wound around a laminate including the magnetostrictive portion and the stress control portion. In an actual power generation device, the adjacent portion outside the area around which the coil is wound also contributes to power generation, but in this specification, the area around which the coil is wound is defined as the magnetostrictive power generation element.

本発明の発電用磁歪素子における磁歪部は、電磁鋼板から形成される。本発明において「電磁鋼板」とは、鉄(Fe)にケイ素(Si)を添加して鉄の磁気特性を向上させた、「ケイ素鋼板」と呼ばれることもある機能材料である。本発明における電磁鋼板は、ケイ素の含有量が0.5%以上4%以下の電磁鋼板である。ケイ素の含有量が0.5%以上4%以下の電磁鋼板はケイ素添加による電気抵抗の増加によって、交流振動における磁区変化を妨げる渦電流の発生を抑制できるため、磁歪部に用いるのに適している。 The magnetostrictive portion in the magnetostrictive element for power generation of the present invention is formed from an electromagnetic steel sheet. In the present invention, "electromagnetic steel sheet" refers to a functional material, sometimes called "silicon steel sheet", in which silicon (Si) is added to iron (Fe) to improve the magnetic properties of iron. The electromagnetic steel sheet in the present invention is an electromagnetic steel sheet with a silicon content of 0.5% to 4%. An electromagnetic steel sheet with a silicon content of 0.5% to 4% is suitable for use in the magnetostrictive portion because the increase in electrical resistance due to the addition of silicon can suppress the generation of eddy currents that hinder magnetic domain changes during AC vibration.

さらに電磁鋼板には、方向性電磁鋼板と無方向性電磁鋼板とがあり、本発明においては、方向性電磁鋼板と無方向性電磁鋼板のどちらも磁歪部に使用可能である。方向性電磁鋼板とは、鋼板の圧延方向に金属結晶の結晶方位を揃えたものである。具体的には、その圧延方向に<100>方向を揃え、圧延面を(110)方位とした{110}[100]GOSS集合組織を有する電磁鋼板である。一方、無方向性電磁鋼板とは、金属結晶の結晶方位が一定の方向に揃えられていない、比較的ランダムな結晶方位を有するものである。方向性電磁鋼板も、無方向性電磁鋼板も、飽和磁歪がFeGa合金やFeCo合金よりも低い材料であるが、従来の磁歪材料と同等またはそれらを超える発電が可能である。その理由は明確ではないが、次のように推定される。 Furthermore, there are directional electromagnetic steel sheets and non-directional electromagnetic steel sheets, and in the present invention, both directional electromagnetic steel sheets and non-directional electromagnetic steel sheets can be used for the magnetostrictive portion. A directional electromagnetic steel sheet is one in which the crystal orientation of the metal crystal is aligned in the rolling direction of the steel sheet. Specifically, it is an electromagnetic steel sheet with a {110}[100] GOSS texture in which the <100> direction is aligned in the rolling direction and the rolling surface is oriented in the (110) direction. On the other hand, a non-directional electromagnetic steel sheet is one in which the crystal orientation of the metal crystal is not aligned in a specific direction and has a relatively random crystal orientation. Both directional electromagnetic steel sheets and non-directional electromagnetic steel sheets are materials with a lower saturation magnetostriction than FeGa alloys and FeCo alloys, but they are capable of generating electricity equivalent to or exceeding that of conventional magnetostrictive materials. The reason for this is not clear, but is presumed to be as follows.

上述したように、方向性電磁鋼板は、その圧延方向に<100>方向を揃え、圧延面を(110)方位とした{110}[100]GOSS集合組織を有する。本発明者らは、方向性電磁鋼板の[100]方向にバイアス磁場を印加した状態で、圧縮歪みを負荷した場合、方向性電磁鋼板の磁束密度が大きく変化することを新たに見出した。これは、方向性電磁鋼板の[100]方向に所定の磁場を印加すると、[100]方向に平行な180°磁区と90°磁区との割合が、両者が上手く相互作用する割合となり、方向性電磁鋼板に歪みを負荷した際に、180°磁区から90°磁区への変換、あるいは、90°磁区から180°磁区への変換が生じやすくなるためと考えられる。具体的には、180°磁区の磁化の方向に平行(すなわち、[100]方向)に圧縮歪みを負荷すると、180°磁区が減少して90°磁区が増加し、[100]方向に引っ張り歪みを負荷すると、90°磁区が減少して180°磁区が増加する。また、180°磁区の磁化の方向に垂直(すなわち、[110]方向)に圧縮歪みを負荷すると、90°磁区が減少して180°磁区が増加し、[110]方向に引っ張り歪みを負荷すると180°磁区が減少して90°磁区が増加する。これらの磁区の変化によって、方向性電磁鋼板の磁化が変化し、磁歪素子の磁歪部として機能する。磁歪発電デバイスにおいては、上記磁化の変化によって、磁歪素子に巻かれた検出用コイルに電圧が誘起される。 As described above, grain-oriented electrical steel sheets have a {110}[100] GOSS texture with the <100> direction aligned with the rolling direction and the rolling surface oriented in the (110) direction. The inventors have newly discovered that when a bias magnetic field is applied to the grain-oriented electrical steel sheet in the [100] direction and compressive strain is applied, the magnetic flux density of the grain-oriented electrical steel sheet changes significantly. This is thought to be because when a certain magnetic field is applied to the [100] direction of the grain-oriented electrical steel sheet, the ratio of 180° magnetic domains and 90° magnetic domains parallel to the [100] direction becomes a ratio in which the two interact well, and when strain is applied to the grain-oriented electrical steel sheet, the 180° magnetic domains are easily converted to 90° magnetic domains, or the 90° magnetic domains are easily converted to 180° magnetic domains. Specifically, when compressive strain is applied parallel to the magnetization direction of the 180° magnetic domain (i.e., the [100] direction), the 180° magnetic domain decreases and the 90° magnetic domain increases, and when tensile strain is applied in the [100] direction, the 90° magnetic domain decreases and the 180° magnetic domain increases. When compressive strain is applied perpendicular to the magnetization direction of the 180° magnetic domain (i.e., the [110] direction), the 90° magnetic domain decreases and the 180° magnetic domain increases, and when tensile strain is applied in the [110] direction, the 180° magnetic domain decreases and the 90° magnetic domain increases. These changes in magnetic domains change the magnetization of the directional magnetic steel sheet, which functions as the magnetostrictive portion of the magnetostrictive element. In the magnetostrictive power generation device, the above-mentioned change in magnetization induces a voltage in the detection coil wound around the magnetostrictive element.

また、無方向性電磁鋼板には方向性電磁鋼板のような結晶配向は存在しないが、バイアス磁場を印加した状態で歪みを負荷した場合に磁束密度が大きく変化することを見出した。無方向性電磁鋼板では、結晶方位が比較的ランダムであるために、方向性電磁鋼板に比べて磁区が小さい。そのために、歪みを負荷した場合、多数ある磁区の中でより動きやすい磁区から動くことが可能になるため、磁歪素子の磁歪部として使用した際に、大きな磁束密度の変化が得られると考えられる。 In addition, while non-oriented electrical steel sheets do not have the same crystal orientation as oriented electrical steel sheets, they found that when strain is applied with a bias magnetic field applied, the magnetic flux density changes significantly. In non-oriented electrical steel sheets, the crystal orientation is relatively random, so the magnetic domains are smaller than in oriented electrical steel sheets. As a result, when strain is applied, the magnetic domains that are easiest to move among the many magnetic domains will move first, and it is believed that a large change in magnetic flux density can be obtained when used as the magnetostrictive part of a magnetostrictive element.

本発明においては、方向性電磁鋼板の方が無方向性電磁鋼板よりも大きな磁化の変化を誘起しやすいことから、方向性電磁鋼板の方が磁歪部として好ましい。 In the present invention, grain-oriented electromagnetic steel sheets are more likely to induce a larger change in magnetization than non-oriented electromagnetic steel sheets, so grain-oriented electromagnetic steel sheets are preferred as magnetostrictive portions.

方向性電磁鋼板の具体例としては、例えば、日本製鉄のオリエントコア、オリエントコアハイビー(例えば、27ZH100)、オリエントコアハイビー・レーザー、オリエントコアハイビー・パーマネント、等が挙げられる。 Specific examples of oriented electrical steel sheets include Nippon Steel Corporation's Orient Core, Orient Core Hi-B (e.g., 27ZH100), Orient Core Hi-B Laser, and Orient Core Hi-B Permanent.

無方向性電磁鋼板の具体例としては、例えば、日本製鉄のハイライトコア(例えば、35H210)、ホームコア、等が挙げられる。 Specific examples of non-oriented electrical steel sheets include Nippon Steel's Highlight Core (e.g., 35H210) and Home Core.

さらに発電用磁歪素子は、弾性材料から形成される応力制御部を有する。磁歪素子における「応力制御部」とは、磁歪素子に曲げ歪み、等を加えた際に磁歪部全体に対して圧縮、または、引っ張りのどちらか一方の応力負荷を達成するために、応力を制御するための部分である。応力制御部を形成する材料は、上記目的を達成し得る弾性材料である限り特に限定はなく、非磁性材料および磁性材料のいずれも使用可能である。 The magnetostrictive element for power generation further has a stress control section formed from an elastic material. The "stress control section" in a magnetostrictive element is a section for controlling stress in order to achieve either a compressive or tensile stress load on the entire magnetostrictive section when bending strain, etc. is applied to the magnetostrictive element. There are no particular limitations on the material forming the stress control section as long as it is an elastic material that can achieve the above purpose, and both non-magnetic and magnetic materials can be used.

応力制御部を形成する弾性材料を非磁性材料とすると、磁歪素子部(磁歪素子に相当する部分)の磁歪部のみに磁場が優先的に流れるため磁歪部のバイアス磁場の調整が容易であるため好ましい。さらに、磁歪部が方向性電磁鋼板で形成され、応力制御部が非磁性材料で形成された磁歪素子に曲げ歪みを負荷した場合に、他の組み合わせと比べてより大きな磁束密度の変化が生じることを、本発明者らは見出した。これは、弾性材料に磁性材料を用いた場合には弾性材料と電磁鋼板の間に磁気的相互作用が生じ、90°磁区と180°磁区の変換が妨げられる場合が生じるが、弾性材料が非磁性材料の場合には、このような磁気的相互作用が生じないために、電磁鋼板の90°磁区と180°磁区の変換が生じ易くなるからであると考えられる。 When the elastic material forming the stress control section is a non-magnetic material, the magnetic field flows preferentially only through the magnetostrictive section of the magnetostrictive element section (the section corresponding to the magnetostrictive element), which makes it easy to adjust the bias magnetic field of the magnetostrictive section. Furthermore, the inventors have found that when bending strain is applied to a magnetostrictive element in which the magnetostrictive section is formed of a directional electromagnetic steel sheet and the stress control section is formed of a non-magnetic material, a larger change in magnetic flux density occurs compared to other combinations. This is because, when a magnetic material is used as the elastic material, a magnetic interaction occurs between the elastic material and the electromagnetic steel sheet, which can prevent the conversion of the 90° magnetic domain and the 180° magnetic domain. However, when the elastic material is a non-magnetic material, such a magnetic interaction does not occur, making it easier for the 90° magnetic domain and the 180° magnetic domain of the electromagnetic steel sheet to be converted.

応力制御部を形成する非磁性材料である弾性材料としては、繊維強化プラスチック(例:CFRP、GFRP)、オーステナイト系ステンレス鋼(例:SUS304、SUS316、など)、銅合金(例:黄銅、りん青銅)、アルミ合金(例:ジュラルミン)、チタン合金(例:Ti-6Al-4V)等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。中でも、ヤング率が比較的高く、曲げ歪みを負荷した場合の中立面を磁歪部の外に位置させることが容易である点で、繊維強化プラスチック、オーステナイト系ステンレス鋼が好ましい。 Examples of elastic materials that are non-magnetic materials that form the stress control section include, but are not limited to, fiber reinforced plastics (e.g., CFRP, GFRP), austenitic stainless steel (e.g., SUS304, SUS316, etc.), copper alloys (e.g., brass, phosphor bronze), aluminum alloys (e.g., duralumin), titanium alloys (e.g., Ti-6Al-4V), etc. Among these, fiber reinforced plastics and austenitic stainless steel are preferred because they have a relatively high Young's modulus and it is easy to position the neutral plane outside the magnetostrictive section when bending strain is applied.

応力制御部を弾性材料である磁性材料で形成すると、コスト低減に効果がある。磁歪素子の磁歪部が方向性電磁鋼板または無方向性電磁鋼板であり、応力制御部を形成する弾性材料が磁性材料である鋼板の場合、バイアス磁場を印加したときに、磁歪部と応力制御部の両方にバイアス磁場が流れる。しかし、磁歪部を形成する方向性電磁鋼板または無方向性電磁鋼板はそもそも高透磁率材料であるため、磁歪部により多くのバイアス磁場が流れるため、発電に十分な磁区変化が生じると考えられる。しかし、応力制御部が非磁性材料の場合と比較すると、磁性材料で形成された応力制御部に流れる磁束分だけ磁歪部に印加される磁力が少なくなる。この磁力の減少を補うためには、磁歪発電デバイスの備える磁石の強度を高めれば良い。 Forming the stress control section from a magnetic material, which is an elastic material, is effective in reducing costs. When the magnetostrictive section of the magnetostrictive element is a directional electromagnetic steel sheet or a non-directional electromagnetic steel sheet, and the elastic material forming the stress control section is a steel sheet that is a magnetic material, when a bias magnetic field is applied, a bias magnetic field flows through both the magnetostrictive section and the stress control section. However, since the directional electromagnetic steel sheet or non-directional electromagnetic steel sheet forming the magnetostrictive section is originally a high magnetic permeability material, it is thought that a large bias magnetic field flows through the magnetostrictive section, and therefore a magnetic domain change sufficient for power generation occurs. However, compared to when the stress control section is made of a non-magnetic material, the magnetic force applied to the magnetostrictive section is reduced by the amount of magnetic flux flowing through the stress control section formed of a magnetic material. In order to compensate for this reduction in magnetic force, the strength of the magnet equipped in the magnetostrictive power generation device can be increased.

応力制御部を形成する、磁性材料である弾性材料としては、一般構造用圧延鋼材(例:SS400)、一般構造用炭素鋼(例:S45C)、高張力鋼(例:HT80)、フェライト系ステンレス鋼(例:SUS430)、マルテンサイト系ステンレス鋼(例:SUS410)が挙げられるが、これらに限定されるものではない。 Examples of elastic materials that are magnetic materials and form the stress control section include, but are not limited to, general structural rolled steel (e.g., SS400), general structural carbon steel (e.g., S45C), high tensile steel (e.g., HT80), ferritic stainless steel (e.g., SUS430), and martensitic stainless steel (e.g., SUS410).

磁歪素子においては、応力制御部と磁歪部とは貼り合わされて、積層体を形成している。応力制御部と磁歪部とを貼り合わせる方法に特に限定はないが、通常、接着剤や接着シートを間に介した貼り合わせ、ろう材接合、液相拡散接合等が挙げられる。 In the magnetostrictive element, the stress control section and the magnetostrictive section are bonded together to form a laminate. There are no particular limitations on the method for bonding the stress control section and the magnetostrictive section, but typical methods include bonding with an adhesive or adhesive sheet between them, brazing material bonding, and liquid phase diffusion bonding.

本発明の磁歪発電デバイスはさらに磁歪素子と連続したフレームを備える。本発明において磁歪発電デバイスの「フレーム」とは、磁歪素子、錘、磁石のそれぞれと接合されて、磁歪発電デバイスの本体を構成する部分である。さらに本発明においてフレームは、磁歪素子と連続しており、且つフレームの少なくとも一部が、磁歪素子の磁歪部から延びた電磁鋼板と、磁歪素子の応力制御部から延びた弾性材料とを含む積層体で構成されている。これは、少なくとも磁歪素子に隣接するフレームの部分(コイル近傍の、コイルの巻かれていない部分)が磁歪素子と一体構成であることを意味し、フレーム全体が磁歪素子と一体構成である必要はない。 The magnetostrictive generating device of the present invention further comprises a frame continuous with the magnetostrictive element. In the present invention, the "frame" of the magnetostrictive generating device is a part that is joined to the magnetostrictive element, weight, and magnet, respectively, to form the main body of the magnetostrictive generating device. Furthermore, in the present invention, the frame is continuous with the magnetostrictive element, and at least a part of the frame is composed of a laminate including an electromagnetic steel plate extending from the magnetostrictive part of the magnetostrictive element and an elastic material extending from the stress control part of the magnetostrictive element. This means that at least the part of the frame adjacent to the magnetostrictive element (the part near the coil where the coil is not wound) is integral with the magnetostrictive element, and it is not necessary that the entire frame is integral with the magnetostrictive element.

磁歪発電デバイスのフレームにおいて、磁歪素子の両端のそれぞれから(コイルからはみ出すように)、磁歪部から延びた電磁鋼板と、応力制御部から延びた弾性材料とを含む積層体で構成されている領域が存在する。この領域の長さは、コイルの長さに相当する長さの50%以上、好ましくは、コイルの長さに相当する長さ以上である。このような磁歪発電デバイスにおいては、発電用磁歪素子とフレームとの接合部が磁歪素子中もしくは磁歪素子の近傍に存在しないことから、発電のために磁歪素子に連続的な曲げ歪みが加えられた際に、接合部に応力集中が起こりにくく、デバイスの耐久性が向上する。また、磁歪素子から延びた電磁鋼板および弾性材料を含む積層体は、磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘の接合位置まで延びていることが、錘の振動によって生じる曲げ歪が効率的に磁歪素子部に伝達されるために好ましい。 In the frame of the magnetostrictive power generation device, there is an area consisting of a laminate including an electromagnetic steel sheet extending from the magnetostrictive portion and an elastic material extending from the stress control portion from each end of the magnetostrictive element (so as to extend beyond the coil). The length of this area is 50% or more of the length corresponding to the length of the coil, and preferably, is equal to or greater than the length of the coil. In such a magnetostrictive power generation device, since the joint between the magnetostrictive element for power generation and the frame is not present in the magnetostrictive element or in the vicinity of the magnetostrictive element, stress concentration is unlikely to occur at the joint when continuous bending strain is applied to the magnetostrictive element for power generation, and the durability of the device is improved. In addition, it is preferable that the laminate including the electromagnetic steel sheet and the elastic material extending from the magnetostrictive element extends to the joint position of the weight for applying bending strain to the magnetostrictive portion, because the bending strain caused by the vibration of the weight is efficiently transmitted to the magnetostrictive element portion.

さらに磁歪部から延びた電磁鋼板と、応力制御部から延びた弾性材料とを含む積層体で構成されているフレームの部分は、フレーム全長の20%以上であることが好ましく、40%以上であることがより好ましい。フレーム全長の20%以上が上記積層体で構成されていることによって、電磁鋼板で形成された磁歪部と、弾性材料で形成された応力制御部との接着面を広げることが可能になる。その結果、磁気回路を構成する部材内の連続性が高まるために、磁気的なギャップの発生が低減されて、磁石によるバイアス磁場の調整が容易となり、電圧を安定させることができる。 Furthermore, the portion of the frame that is composed of a laminate including an electromagnetic steel plate extending from the magnetostrictive portion and an elastic material extending from the stress control portion is preferably 20% or more of the overall length of the frame, and more preferably 40% or more. By having 20% or more of the overall length of the frame composed of the above-mentioned laminate, it is possible to expand the adhesive surface between the magnetostrictive portion formed of the electromagnetic steel plate and the stress control portion formed of the elastic material. As a result, the continuity within the members that make up the magnetic circuit is increased, the occurrence of magnetic gaps is reduced, and it becomes easier to adjust the bias magnetic field by the magnet, and the voltage can be stabilized.

フレームの一部のみが、磁歪部から延びた電磁鋼板と応力制御部から延びた弾性材料とを含む積層体で構成されている場合には、フレームの残りの部分の材料に特に限定はなく、他の鋼板や弾性材料などを接合してフレームを完成させることができる。しかしながら、デバイスの耐久性や製造の容易性の観点から、フレーム全体が磁歪部から延びた電磁鋼板および/または応力制御部から延びた弾性材料と一体構成であることが好ましい。具体的には、磁歪部を形成する電磁鋼板が磁歪素子に相当する部分およびフレーム全体に存在し、フレームの一部と磁歪素子に相当する部分には応力制御部を形成する弾性材料が積層されている構造、または応力制御部を形成する弾性材料が磁歪素子に相当する部分およびフレーム全体に存在し、フレームの一部と磁歪素子に相当する部分には磁歪部を形成する電磁鋼板が積層されている構造が好ましい。磁歪素子を構成する電磁鋼板または弾性材料がフレーム全体に延びているこのような構造では、電磁鋼板と弾性材料とを含む積層体を作製することで磁歪素子とフレームの両方を製造することができる。よって、製造工程を簡素化することが可能となる。また、磁歪発電デバイスを震動源等に固定するための固定部にまで磁歪素子を構成する電磁鋼板および弾性材料の少なくとも一部が延びていることによって、震動源等からの振動を効率良く磁歪素子部に伝達することが可能となるため特に好ましい。 When only a part of the frame is composed of a laminate including an electromagnetic steel plate extending from the magnetostrictive portion and an elastic material extending from the stress control portion, there is no particular limitation on the material of the remaining part of the frame, and the frame can be completed by joining other steel plates, elastic materials, etc. However, from the viewpoint of the durability of the device and ease of manufacturing, it is preferable that the entire frame is integrally composed with the electromagnetic steel plate extending from the magnetostrictive portion and/or the elastic material extending from the stress control portion. Specifically, a structure in which the electromagnetic steel plate forming the magnetostrictive portion is present in the part corresponding to the magnetostrictive element and the entire frame, and an elastic material forming the stress control portion is laminated on a part of the frame and a part corresponding to the magnetostrictive element, or a structure in which the elastic material forming the stress control portion is present in the part corresponding to the magnetostrictive element and the entire frame, and an electromagnetic steel plate forming the magnetostrictive portion is laminated on a part of the frame and a part corresponding to the magnetostrictive element, is preferable. In such a structure in which the electromagnetic steel plate or elastic material constituting the magnetostrictive element extends over the entire frame, both the magnetostrictive element and the frame can be manufactured by preparing a laminate including the electromagnetic steel plate and the elastic material. This makes it possible to simplify the manufacturing process. In addition, at least a portion of the electromagnetic steel plate and elastic material that make up the magnetostrictive element extends to the fixing portion for fixing the magnetostrictive power generation device to a vibration source, etc., which is particularly preferable because it allows vibrations from the vibration source, etc. to be efficiently transmitted to the magnetostrictive element portion.

また、フレーム全体が磁歪部から延びた電磁鋼板と、応力制御部から延びた弾性材料とを含む積層体で構成されていてもよい。このような構成においては、電磁鋼板と弾性材料とを含む積層体が、磁歪素子およびフレームの両方を連続的に形成しており、磁歪素子とフレームとの接合部が全く存在しないため、耐久性の観点から好ましい。さらに磁気回路を構成する部材内の連続性が高まるために、磁気的なギャップの発生が低減されて、磁石によるバイアス磁場の調整が容易となり、電圧をさらに安定させることができる。 The entire frame may also be composed of a laminate including electromagnetic steel plates extending from the magnetostrictive section and elastic material extending from the stress control section. In such a configuration, the laminate including the electromagnetic steel plates and elastic material continuously forms both the magnetostrictive element and the frame, and there is no joint between the magnetostrictive element and the frame, which is preferable from the standpoint of durability. Furthermore, since the continuity within the members that make up the magnetic circuit is increased, the occurrence of magnetic gaps is reduced, making it easier to adjust the bias magnetic field by the magnet, and further stabilizing the voltage.

磁歪素子を含むフレームの寸法に特に限定はないが、一般的に磁歪素子を含むフレームの長さは30mm以上700mm以下、好ましくは60mm以上500mm以下、より好ましくは120mm以上300mm以下である。一般的なフレームの幅は、4mm以上70mm以下、好ましくは6mm以上50mm以下、より好ましくは8mm以上30mm以下である。フレームの寸法は、機器を動作させるために必要な電力の大きさに合わせて設計に反映させれば良い。 There are no particular limitations on the dimensions of the frame containing the magnetostrictive element, but the length of the frame containing the magnetostrictive element is generally 30 mm to 700 mm, preferably 60 mm to 500 mm, and more preferably 120 mm to 300 mm. The width of the frame is generally 4 mm to 70 mm, preferably 6 mm to 50 mm, and more preferably 8 mm to 30 mm. The frame dimensions can be reflected in the design according to the amount of power required to operate the device.

フレームの形状にも特に限定はなく、板状や、コ字状、U字状、V字状といった少なくとも1か所の曲部を有する形状とすることも可能である。尚、本発明においては、靱性の高い電磁鋼板を磁歪部に用いることから、板状のみならず、曲部を有するU字状等のフレームを、磁歪部を形成する磁歪材料によって製造することが可能である。 The shape of the frame is not particularly limited, and it can be a plate-like, C-shaped, U-shaped, V-shaped, or other shape with at least one curved portion. In the present invention, since a highly tough electromagnetic steel sheet is used for the magnetostrictive portion, it is possible to manufacture not only plate-like frames, but also frames with curved portions such as U-shaped frames, from the magnetostrictive material that forms the magnetostrictive portion.

フレームが少なくとも1か所の曲部を有する形状(例えば、U字型)である場合、フレームおよび磁歪素子において、電磁鋼板がデバイスの内側に位置し、弾性材料がデバイスの外側に位置する構成でも、弾性材料がデバイスの内側に位置し、電磁鋼板がデバイスの外側に位置する構成でもよい。例えば、U字型のフレームにおいて、電磁鋼板がデバイスの内側に位置し、弾性材料がデバイスの外側に位置すると、磁石を電磁鋼板(即ち、磁歪材料)の上に直接配置することが可能となる。その結果、磁気的なギャップが低減し、バイアス磁場の調整が容易になる。 When the frame has a shape with at least one curved portion (e.g., U-shaped), the frame and magnetostrictive element may be configured such that the electromagnetic steel sheet is located inside the device and the elastic material is located outside the device, or the elastic material is located inside the device and the electromagnetic steel sheet is located outside the device. For example, in a U-shaped frame, if the electromagnetic steel sheet is located inside the device and the elastic material is located outside the device, it becomes possible to place the magnet directly on the electromagnetic steel sheet (i.e., the magnetostrictive material). As a result, the magnetic gap is reduced, making it easier to adjust the bias magnetic field.

また、U字型のように、少なくとも1か所の曲部を有する形状のフレームを備えるデバイスにおいては、錘が振動する際に、U字型の曲部に大きな応力が加わる場合があり、その部位では、U字型の局部の内側に位置する材料に圧縮応力が作用し、内側に位置する材料と外側に位置する材料とを剥がそうとする力が働く。電磁鋼板がデバイスの外側に位置し、弾性材料がデバイスの内側に位置する構成においては、比較的強靭な弾性材料を応力制御部に使用することが可能となるため、内側の応力制御部が圧縮応力を受け止めて、電磁鋼板との剥離を発生し難くすることができる。さらにこのような構成のデバイスにおいては、電磁鋼板に引っ張り歪が作用して磁歪の効果によって磁束密度が増大する場合、電磁鋼板が磁石に近づくことになり、結果として電磁鋼板の磁束密度が増大するように変化をする。磁歪による磁束密度の変化に加えて磁石の磁場による磁束密度変化が足し合わされるため、発電出力が増大する。 In addition, in a device having a frame with at least one curved portion, such as a U-shape, when the weight vibrates, a large stress may be applied to the curved portion of the U-shape, and at that portion, a compressive stress acts on the material located inside the U-shape, and a force acts to peel the material located inside from the material located outside. In a configuration in which the electromagnetic steel sheet is located on the outside of the device and the elastic material is located on the inside of the device, it is possible to use a relatively strong elastic material for the stress control section, so that the inner stress control section can receive the compressive stress and make it difficult for peeling to occur with the electromagnetic steel sheet. Furthermore, in a device with such a configuration, when a tensile strain acts on the electromagnetic steel sheet and the magnetic flux density increases due to the effect of magnetostriction, the electromagnetic steel sheet approaches the magnet, and as a result, the magnetic flux density of the electromagnetic steel sheet changes to increase. In addition to the change in magnetic flux density due to magnetostriction, the change in magnetic flux density due to the magnetic field of the magnet is added, so the power generation output increases.

本発明の磁歪発電デバイスにおける発電用磁歪素子の寸法は、大きければ大きいほど、発電デバイスにおいてコイルの巻き数を多くして、より大きな電圧を得ることができる。よって、磁歪素子の寸法(コイルを巻く領域の長さ)に特に限定はないが、通常、5mm以上150mm以下であり、好ましくは10mm以上100mm以下、より好ましくは20mm以上70mm以下である。 The larger the dimensions of the magnetostrictive element for power generation in the magnetostrictive power generation device of the present invention, the more the number of turns of the coil can be increased in the power generation device, and a higher voltage can be obtained. Therefore, there is no particular limit to the dimensions of the magnetostrictive element (the length of the area around which the coil is wound), but it is usually 5 mm or more and 150 mm or less, preferably 10 mm or more and 100 mm or less, and more preferably 20 mm or more and 70 mm or less.

磁歪素子の磁歪部およびフレームを形成する電磁鋼板の厚みに特に限定はないが、通常、0.2mm以上0.5mm以下である。磁歪部の厚みが0.2mm以上であれば、磁束の変化を大きくできるため、発生電圧も大きくできるため有利であり、0.5mm以下であれば、振動に適した剛性の設計が容易となるため有利である。電磁鋼板の厚みは、磁歪素子中の磁歪部と、フレームを構成する積層体中とで同じでも良いし、異なっていてもよい。 There is no particular limit to the thickness of the electromagnetic steel sheet that forms the magnetostrictive portion and frame of the magnetostrictive element, but it is usually 0.2 mm or more and 0.5 mm or less. If the thickness of the magnetostrictive portion is 0.2 mm or more, it is advantageous because the change in magnetic flux can be made larger and the generated voltage can be made larger, and if it is 0.5 mm or less, it is advantageous because it is easier to design the rigidity suitable for vibration. The thickness of the electromagnetic steel sheet may be the same or different between the magnetostrictive portion in the magnetostrictive element and the laminate that forms the frame.

磁歪素子の応力制御部およびフレームを形成する弾性材料の厚みに特に限定はないが、通常、0.1mm以上2.0mm以下であり、好ましくは0.2mm以上1.0mm以下、より好ましくは0.2mm以上0.5mm以下である。応力制御部の厚みが0.1mm以上であれば、磁歪部全体に対して圧縮、または、引っ張りのどちらか一方の応力負荷を達成する上で有利であり、2.0mm以下であれば、磁歪素子の振動を妨げることが抑制できる。弾性材料の厚みは、磁歪素子中の磁歪部と、フレームを構成する積層体中とで同じでも良いし、異なっていてもよい。 There is no particular limit to the thickness of the elastic material forming the stress control section and frame of the magnetostrictive element, but it is usually 0.1 mm to 2.0 mm, preferably 0.2 mm to 1.0 mm, and more preferably 0.2 mm to 0.5 mm. If the thickness of the stress control section is 0.1 mm or more, it is advantageous to achieve either a compressive or tensile stress load on the entire magnetostrictive section, and if it is 2.0 mm or less, it is possible to suppress interference with the vibration of the magnetostrictive element. The thickness of the elastic material may be the same in the magnetostrictive section in the magnetostrictive element and in the laminate that constitutes the frame, or it may be different.

上述した特定の磁歪発電素子および特定のフレームを有する限り、本発明の磁歪発電デバイスの他の構成に特に限定はなく、従来の磁歪発電デバイスと同様に構成することができる。具体的には、当該装置において、磁歪素子の周りにはコイルが装填されており、フレームと、フレームに取り付けられた錘と磁石とを含む。このような装置においては、磁石の磁力線は、磁歪素子を通過して、磁歪部に対してバイアス磁場を印加する。そして錘の振動によってフレームが振動し、磁歪素子に引張力および圧縮力を加える。このとき、磁歪部に対して曲げ歪を加える方向と、磁歪部に対してバイアス磁場を印可する方向とが平行関係にあり、逆磁歪効果によって磁歪素子の磁化を変化させ、コイルに誘導電流(または誘導電圧)を発生させることができる。 As long as the magnetostrictive generating device of the present invention has the specific magnetostrictive generating element and the specific frame described above, there are no particular limitations on the other configurations, and it can be configured in the same way as a conventional magnetostrictive generating device. Specifically, in this device, a coil is loaded around the magnetostrictive element, and the device includes a frame, a weight attached to the frame, and a magnet. In such a device, the magnetic field lines of the magnet pass through the magnetostrictive element and apply a bias magnetic field to the magnetostrictive part. The frame then vibrates due to the vibration of the weight, applying tensile and compressive forces to the magnetostrictive element. At this time, the direction in which bending distortion is applied to the magnetostrictive part and the direction in which a bias magnetic field is applied to the magnetostrictive part are parallel, and the magnetization of the magnetostrictive element can be changed by the inverse magnetostrictive effect, generating an induced current (or induced voltage) in the coil.

磁歪部が方向性電磁鋼板から形成される場合には、方向性電磁鋼板の[100]方向にバイアス磁場が印加されるようにデバイスを構成することで、より大きな電圧が得られるため好ましい。 When the magnetostrictive portion is formed from a grain-oriented electromagnetic steel sheet, it is preferable to configure the device so that a bias magnetic field is applied in the [100] direction of the grain-oriented electromagnetic steel sheet, since this allows a larger voltage to be obtained.

磁歪発電デバイスにおける磁石のサイズや数に特に限定はなく、デバイスの構成に応じて選択することができる。バイアス磁場の発生には永久磁石を用いることが好ましい。これは永久磁石は小型化可能であり、バイアス磁場の制御が容易であるためである。また、永久磁石としては、より大きなバイアス磁場を発生させることができるという理由から、NdFeB磁石が好ましい。 There are no particular limitations on the size or number of magnets in a magnetostrictive power generation device, and they can be selected according to the configuration of the device. It is preferable to use a permanent magnet to generate the bias magnetic field. This is because permanent magnets can be made small and the bias magnetic field is easy to control. In addition, NdFeB magnets are preferable as permanent magnets because they can generate a larger bias magnetic field.

次に、図面に示した実施例のデバイスに参照しながら本発明の磁歪発電デバイスの基本的な構成について説明するが、本発明のデバイスはこれらに限定されるものではない。尚、図1~5、7および8は、曲部を有するフレームの内側に電磁鋼板が位置し、外側に弾性材料が位置するデバイスを示し、図10~19は、曲部を有するフレームの内側に弾性材料が位置し、外側に電磁鋼板が位置するデバイスである。 Next, the basic configuration of the magnetostrictive power generation device of the present invention will be described with reference to the device of the embodiment shown in the drawings, but the device of the present invention is not limited to these. Note that Figures 1 to 5, 7 and 8 show devices in which an electromagnetic steel sheet is located on the inside of a frame having a curved portion and an elastic material is located on the outside, and Figures 10 to 19 show devices in which an elastic material is located on the inside of a frame having a curved portion and an electromagnetic steel sheet is located on the outside.

図1は、U字型のフレーム全体が、磁歪素子と一体構成である磁歪発電デバイス100の模式図である。磁歪発電デバイス100においては、磁歪素子110は磁歪部111と応力制御部112とを有し、その周りに検出用コイル160が装填されている。このデバイスにおいては、フレーム130を構成する積層体120中の電磁鋼板121がデバイスの内側、弾性材料122が外側(磁歪素子110においては、磁歪部111が内側、応力制御部112が外側)に配置されている。また、電磁鋼板121および弾性材料122の厚みは、磁歪部111と応力制御部112とそれぞれ同じである。さらに磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘140およびバイアス磁場を印加するための磁石150を有し、固定部170で振動源の上に固定することができる。 Figure 1 is a schematic diagram of a magnetostrictive generating device 100 in which the entire U-shaped frame is integrated with the magnetostrictive element. In the magnetostrictive generating device 100, the magnetostrictive element 110 has a magnetostrictive portion 111 and a stress control portion 112, and a detection coil 160 is mounted around them. In this device, the electromagnetic steel plate 121 in the laminate 120 constituting the frame 130 is arranged on the inside of the device, and the elastic material 122 is arranged on the outside (in the magnetostrictive element 110, the magnetostrictive portion 111 is arranged on the inside, and the stress control portion 112 is arranged on the outside). The thicknesses of the electromagnetic steel plate 121 and the elastic material 122 are the same as those of the magnetostrictive portion 111 and the stress control portion 112, respectively. In addition, it has a weight 140 for applying bending strain to the magnetostrictive portion and a magnet 150 for applying a bias magnetic field, and can be fixed on a vibration source by a fixing portion 170.

磁歪発電デバイスの固定は、接着剤やボルトを用いて行うことができる。ボルトで固定する場合は、例えば、磁石150の右側の領域にボルト用の穴を設けて、ボルトでデバイスを振動源の上に固定することもできる。(以下、他の構成のデバイスも同様である。) The magnetostrictive power generation device can be fixed using adhesive or bolts. When fixing with bolts, for example, a bolt hole can be provided in the area to the right of the magnet 150, and the device can be fixed to the vibration source with a bolt. (The same applies to devices with other configurations below.)

図2は、U字型のフレーム全体が、磁歪素子と一体構成である磁歪発電デバイス200の模式図である。磁歪発電デバイス200においては、磁歪素子210は磁歪部211と応力制御部212とを有し、その周りに検出用コイル260が装填されている。このデバイスにおいては、フレーム230を構成する積層体220中の電磁鋼板221がデバイスの内側、弾性材料222が外側(磁歪素子210においては、磁歪部211が内側、応力制御部212が外側)に配置されている。また、電磁鋼板221と磁歪部211との厚みは同じであるが、応力制御部212の厚みは積層体220中の弾性材料222の厚みよりも薄くして、磁歪素子の振動を容易にしている。デバイス200はさらに磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘240およびバイアス磁場を印加するための磁石250を有し、固定部270で振動源の上に固定することができる。 Figure 2 is a schematic diagram of a magnetostrictive generating device 200 in which the entire U-shaped frame is integral with the magnetostrictive element. In the magnetostrictive generating device 200, the magnetostrictive element 210 has a magnetostrictive portion 211 and a stress control portion 212, and a detection coil 260 is mounted around them. In this device, the electromagnetic steel plate 221 in the laminate 220 constituting the frame 230 is arranged on the inside of the device, and the elastic material 222 is arranged on the outside (in the magnetostrictive element 210, the magnetostrictive portion 211 is arranged on the inside and the stress control portion 212 is arranged on the outside). In addition, the electromagnetic steel plate 221 and the magnetostrictive portion 211 have the same thickness, but the thickness of the stress control portion 212 is made thinner than the thickness of the elastic material 222 in the laminate 220, making it easier to vibrate the magnetostrictive element. The device 200 further has a weight 240 for applying bending strain to the magnetostrictive portion and a magnet 250 for applying a bias magnetic field, and can be fixed on a vibration source by a fixing portion 270.

図3は、U字型のフレーム全体が、応力制御部から延びた弾性材料と一体構成である磁歪発電デバイス300の模式図である。磁歪発電デバイス300においては、磁歪素子310は磁歪部311と応力制御部312とを有し、その周りに検出用コイル360が装填されている。このデバイスにおいては、フレーム330の全体が応力制御部312から延びた弾性材料322と一体構成であり、フレームの一部(約70%)が、電磁鋼板321および弾性材料322を含む積層体320で構成されている。積層体320で構成されている部分においては、電磁鋼板321がデバイスの内側、弾性材料322が外側(磁歪素子310においては、磁歪部311が内側、応力制御部312が外側)に配置されている。また、デバイス300はさらに磁歪部に歪みを与えるための錘340およびバイアス磁場を印加するための磁石350を有し、固定部370で振動源の上に固定することができる。 Figure 3 is a schematic diagram of a magnetostrictive generating device 300 in which the entire U-shaped frame is integral with the elastic material extending from the stress control section. In the magnetostrictive generating device 300, the magnetostrictive element 310 has a magnetostrictive section 311 and a stress control section 312, and a detection coil 360 is mounted around it. In this device, the entire frame 330 is integral with the elastic material 322 extending from the stress control section 312, and a part (about 70%) of the frame is composed of a laminate 320 including an electromagnetic steel sheet 321 and an elastic material 322. In the part composed of the laminate 320, the electromagnetic steel sheet 321 is arranged inside the device and the elastic material 322 is arranged outside (in the magnetostrictive element 310, the magnetostrictive section 311 is arranged inside and the stress control section 312 is arranged outside). The device 300 further has a weight 340 for applying a distortion to the magnetostrictive section and a magnet 350 for applying a bias magnetic field, and can be fixed on a vibration source by a fixing section 370.

図4は、U字型のフレーム全体が、応力制御部から延びた弾性材料と一体構成である磁歪発電デバイス400の模式図である。磁歪発電デバイス400においては、磁歪素子410は磁歪部411と応力制御部412とを有し、その周りに検出用コイル460が装填されている。フレーム430の全体が応力制御部412から延びた弾性材料422と一体構成であり、フレームの一部(約70%)が、電磁鋼板421および弾性材料422を含む積層体420で構成されている。積層体420で構成されている部分においては、電磁鋼板421がデバイスの内側、弾性材料422が外側(磁歪素子410においては、磁歪部411が内側、応力制御部412が外側)に配置されている。また、デバイス400はさらに磁歪部に歪みを与えるための錘440およびバイアス磁場を印加するための磁石450を有し、固定部470で振動源の上に固定することができる。このデバイスにおいては、応力制御部412を形成する弾性材料422は磁性材料であるため、磁歪部411の他に磁性材料である応力制御部にも磁場が流れるため、磁石450として大きな磁石を使用している。 Figure 4 is a schematic diagram of a magnetostrictive generating device 400 in which the entire U-shaped frame is integral with the elastic material extending from the stress control section. In the magnetostrictive generating device 400, the magnetostrictive element 410 has a magnetostrictive section 411 and a stress control section 412, and a detection coil 460 is mounted around it. The entire frame 430 is integral with the elastic material 422 extending from the stress control section 412, and a part (about 70%) of the frame is composed of a laminate 420 including an electromagnetic steel sheet 421 and an elastic material 422. In the part composed of the laminate 420, the electromagnetic steel sheet 421 is arranged inside the device and the elastic material 422 is arranged outside (in the magnetostrictive element 410, the magnetostrictive section 411 is arranged inside and the stress control section 412 is arranged outside). The device 400 further has a weight 440 for applying a distortion to the magnetostrictive section and a magnet 450 for applying a bias magnetic field, and can be fixed on a vibration source by a fixing section 470. In this device, the elastic material 422 that forms the stress control section 412 is a magnetic material, so a magnetic field flows not only through the magnetostrictive section 411 but also through the stress control section, which is made of a magnetic material, so a large magnet is used as the magnet 450.

図5は、U字型のフレーム全体が、応力制御部から延びた弾性材料と一体構成である磁歪発電デバイス500の模式図である。磁歪発電デバイス500においては、磁歪素子510は磁歪部511と応力制御部512とを有し、その周りに検出用コイル560が装填されている。フレーム530の全体が応力制御部512から延びた弾性材料522と一体構成であり、フレームの一部(約50%)が、電磁鋼板521および弾性材料522を含む積層体520で構成されている。積層体520で構成されている部分においては、電磁鋼板521がデバイスの内側、弾性材料522が外側(磁歪素子510においては、磁歪部511が内側、応力制御部512が外側)に配置されている。また、デバイス500はさらに磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘540およびバイアス磁場を印加するための磁石550を有し、固定部570で振動源の上に固定することができる。このデバイスにおいては、積層体520で構成される領域が、図4の同様の領域よりも短く、磁石550として小さな磁石を2つ使用している。 Figure 5 is a schematic diagram of a magnetostrictive generating device 500 in which the entire U-shaped frame is integral with the elastic material extending from the stress control section. In the magnetostrictive generating device 500, the magnetostrictive element 510 has a magnetostrictive section 511 and a stress control section 512, and a detection coil 560 is mounted around it. The entire frame 530 is integral with the elastic material 522 extending from the stress control section 512, and a part (about 50%) of the frame is composed of a laminate 520 including an electromagnetic steel sheet 521 and an elastic material 522. In the part composed of the laminate 520, the electromagnetic steel sheet 521 is arranged inside the device and the elastic material 522 is arranged outside (in the magnetostrictive element 510, the magnetostrictive section 511 is arranged inside and the stress control section 512 is arranged outside). The device 500 further has a weight 540 for applying bending strain to the magnetostrictive section and a magnet 550 for applying a bias magnetic field, and can be fixed on a vibration source by a fixing section 570. In this device, the area made up of the laminate 520 is shorter than the similar area in FIG. 4, and two small magnets are used as the magnet 550.

図6は、板状のフレーム全体が、磁歪素子と一体構成である磁歪発電デバイス600の模式図である。磁歪発電デバイス600においては、磁歪素子610は磁歪部611と応力制御部612とを有し、その周りに検出用コイル660が装填されている。このデバイスにおいては、フレーム630は、電磁鋼板621および弾性材料622を含む積層体620で構成されている。さらに磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘640およびバイアス磁場を印加するための磁石650を有し、固定部670で振動源に固定することができる。 Figure 6 is a schematic diagram of a magnetostrictive generating device 600 in which the entire plate-like frame is integral with the magnetostrictive element. In the magnetostrictive generating device 600, the magnetostrictive element 610 has a magnetostrictive portion 611 and a stress control portion 612, and a detection coil 660 is mounted around them. In this device, the frame 630 is composed of a laminate 620 including an electromagnetic steel plate 621 and an elastic material 622. It further has a weight 640 for applying bending strain to the magnetostrictive portion and a magnet 650 for applying a bias magnetic field, and can be fixed to a vibration source by a fixing portion 670.

図7は、U字型のフレーム全体が、磁歪部から延びた電磁鋼板と一体構成である磁歪発電デバイス700の模式図である。磁歪発電デバイス700においては、磁歪素子710は磁歪部711と応力制御部712とを有し、その周りに検出用コイル760が装填されている。フレーム730の全体が磁歪部711から延びた電磁鋼板721と一体構成であり、フレームの一部(約27%)が、電磁鋼板721および弾性材料722を含む積層体720で構成されている。積層体720で構成されている部分においては、電磁鋼板721がデバイスの内側、弾性材料722が外側(磁歪素子710においては、磁歪部711が内側、応力制御部712が外側)に配置されている。また、デバイス700はさらに磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘740およびバイアス磁場を印加するための磁石750を有し、固定部770で振動源の上に固定することができる。このデバイスは、検出用コイル内の磁歪素子の振動を生じやすくするために、弾性材料722を短くし、U字部に支柱780を入れた構造である。 Figure 7 is a schematic diagram of a magnetostrictive generating device 700 in which the entire U-shaped frame is integral with an electromagnetic steel plate extending from the magnetostrictive portion. In the magnetostrictive generating device 700, the magnetostrictive element 710 has a magnetostrictive portion 711 and a stress control portion 712, and a detection coil 760 is mounted around it. The entire frame 730 is integral with an electromagnetic steel plate 721 extending from the magnetostrictive portion 711, and a part of the frame (about 27%) is composed of a laminate 720 including an electromagnetic steel plate 721 and an elastic material 722. In the part composed of the laminate 720, the electromagnetic steel plate 721 is arranged inside the device and the elastic material 722 is arranged outside (in the magnetostrictive element 710, the magnetostrictive portion 711 is arranged inside and the stress control portion 712 is arranged outside). The device 700 further has a weight 740 for applying a bending strain to the magnetostrictive portion and a magnet 750 for applying a bias magnetic field, and can be fixed on a vibration source by a fixing portion 770. This device has a structure in which the elastic material 722 is shortened and a support 780 is inserted into the U-shaped section to facilitate vibration of the magnetostrictive element in the detection coil.

図8は、U字型のフレーム全体が、磁歪部から延びた電磁鋼板と一体構成である磁歪発電デバイス800の模式図である。磁歪発電デバイス800においては、磁歪素子810は磁歪部811と応力制御部812とを有し、その周りに検出用コイル860が装填されている。フレーム830の全体が磁歪部811から延びた電磁鋼板821と一体構成であり、フレームの一部のみが、電磁鋼板821および弾性材料822を含む積層体820で構成されている。積層体820で構成されている部分においては、電磁鋼板821がデバイスの内側、弾性材料822が外側(磁歪素子810においては、磁歪部811が内側、応力制御部812が外側)に配置されている。また、デバイス800はさらに磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘840およびバイアス磁場を印加するための磁石850を有し、固定部870で振動源の上に固定することができる。このデバイスは、検出用コイル内の磁歪素子の振動を生じやすくするために、弾性材料822を短くし、U字部に支柱880を入れた構造であり、さらに磁石850として小さな磁石を2つ使用している。 Figure 8 is a schematic diagram of a magnetostrictive generating device 800 in which the entire U-shaped frame is integral with an electromagnetic steel plate extending from the magnetostrictive portion. In the magnetostrictive generating device 800, the magnetostrictive element 810 has a magnetostrictive portion 811 and a stress control portion 812, and a detection coil 860 is mounted around it. The entire frame 830 is integral with an electromagnetic steel plate 821 extending from the magnetostrictive portion 811, and only a part of the frame is composed of a laminate 820 including an electromagnetic steel plate 821 and an elastic material 822. In the part composed of the laminate 820, the electromagnetic steel plate 821 is arranged inside the device and the elastic material 822 is arranged outside (in the magnetostrictive element 810, the magnetostrictive portion 811 is arranged inside and the stress control portion 812 is arranged outside). The device 800 further has a weight 840 for applying a bending strain to the magnetostrictive portion and a magnet 850 for applying a bias magnetic field, and can be fixed on a vibration source by a fixing portion 870. This device has a structure in which the elastic material 822 is shortened and a support 880 is inserted into the U-shaped section to facilitate vibration of the magnetostrictive element in the detection coil, and two small magnets are used as the magnet 850.

図10および図11は、それぞれ、U字型のフレーム全体が、磁歪素子と一体構成である磁歪発電デバイス1000および1100の模式図である。磁歪発電デバイス1000においては、磁歪素子1010は磁歪部1011と応力制御部1012とを有し、その周りに検出用コイル1060が装填されている。このデバイスにおいては、フレーム1030を構成する積層体1020の電磁鋼板1021が外側、弾性材料1022が内側(磁歪素子1010においては、磁歪部1011が外側、応力制御部1012が内側)に配置されている。デバイス1000はさらに磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘1040およびバイアス磁場を印加するための磁石1050を有し、固定部1070で振動源の上に固定することができる。 Figures 10 and 11 are schematic diagrams of magnetostrictive generating devices 1000 and 1100, respectively, in which the entire U-shaped frame is integral with the magnetostrictive element. In the magnetostrictive generating device 1000, the magnetostrictive element 1010 has a magnetostrictive portion 1011 and a stress control portion 1012, and a detection coil 1060 is mounted around them. In this device, the electromagnetic steel plate 1021 of the laminate 1020 constituting the frame 1030 is arranged on the outside, and the elastic material 1022 is arranged on the inside (in the magnetostrictive element 1010, the magnetostrictive portion 1011 is arranged on the outside, and the stress control portion 1012 is arranged on the inside). The device 1000 further has a weight 1040 for applying bending strain to the magnetostrictive portion and a magnet 1050 for applying a bias magnetic field, and can be fixed on a vibration source by a fixing portion 1070.

磁歪発電デバイス1100は、支柱1180が設けられていること以外は、図10の磁歪発電デバイス1000と実質的に同じ構造である。具体的には、磁歪素子1110は磁歪部1111と応力制御部1112とを有し、その周りに検出用コイル1160が装填されている。このデバイスにおいては、フレーム1130を構成する積層体1120の電磁鋼板1121が外側、弾性材料1122が内側(磁歪素子1110においては、磁歪部1111が外側、応力制御部1112が内側)に配置されている。デバイス1100はさらに磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘1140およびバイアス磁場を印加するための磁石1150を有する。さらに、デバイスには、検出用コイル1160内の磁歪素子1110の振動を生じやすくするために、フレーム1130のU字部に支柱1180が設けられている。デバイスは、固定部1170で振動源の上に固定することができる。 The magnetostrictive generating device 1100 has substantially the same structure as the magnetostrictive generating device 1000 of FIG. 10, except that a support 1180 is provided. Specifically, the magnetostrictive element 1110 has a magnetostrictive portion 1111 and a stress control portion 1112, and a detection coil 1160 is mounted around them. In this device, the electromagnetic steel plate 1121 of the laminate 1120 constituting the frame 1130 is arranged on the outside, and the elastic material 1122 is arranged on the inside (in the magnetostrictive element 1110, the magnetostrictive portion 1111 is arranged on the outside, and the stress control portion 1112 is arranged on the inside). The device 1100 further has a weight 1140 for applying bending strain to the magnetostrictive portion and a magnet 1150 for applying a bias magnetic field. Furthermore, the device has a support 1180 provided on the U-shaped portion of the frame 1130 to facilitate vibration of the magnetostrictive element 1110 in the detection coil 1160. The device can be fixed on a vibration source by a fixing portion 1170.

図12および図13は、それぞれ、1つのU字部と1つのL字部とを有する形状のフレーム全体が、磁歪素子と一体構成である磁歪発電デバイス1200および1300の模式図である。磁歪発電デバイス1200においては、磁歪素子1210は磁歪部1211と応力制御部1212とを有し、その周りに検出用コイル1260が装填されている。このデバイスにおいては、フレーム1230を構成する積層体1220の電磁鋼板1221が外側、弾性材料1222が内側(磁歪素子1210においては、磁歪部1211が外側、応力制御部1212が内側)に配置されている。デバイス1200はさらに磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘1240およびバイアス磁場を印加するための磁石1250を有し、磁石1250はL字形状に曲げた部分の先の先端部分の内側(弾性材料1222側)に固定されている。さらにデバイスは、固定部1270で振動源の上に固定することができる。 12 and 13 are schematic diagrams of magnetostrictive generating devices 1200 and 1300, respectively, in which the entire frame having one U-shaped portion and one L-shaped portion is integrally formed with the magnetostrictive element. In the magnetostrictive generating device 1200, the magnetostrictive element 1210 has a magnetostrictive portion 1211 and a stress control portion 1212, and a detection coil 1260 is mounted around them. In this device, the electromagnetic steel sheet 1221 of the laminate 1220 constituting the frame 1230 is arranged on the outside, and the elastic material 1222 is arranged on the inside (in the magnetostrictive element 1210, the magnetostrictive portion 1211 is arranged on the outside, and the stress control portion 1212 is arranged on the inside). The device 1200 further has a weight 1240 for applying bending strain to the magnetostrictive portion and a magnet 1250 for applying a bias magnetic field, and the magnet 1250 is fixed to the inside (elastic material 1222 side) of the tip portion at the end of the portion bent into an L shape. Furthermore, the device can be fixed above the vibration source with the fixing portion 1270.

磁歪発電デバイス1300は、支柱1380が設けられていること以外は、図12の磁歪発電デバイス1200と実質的に同じ構造である。具体的には、磁歪素子1310は磁歪部1311と応力制御部1312とを有し、その周りに検出用コイル1360が装填されている。このデバイスにおいては、フレーム1330を構成する積層体1320の電磁鋼板1321が外側、弾性材料1322が内側(磁歪素子1310においては、磁歪部1311が外側、応力制御部1312が内側)に配置されている。デバイス1300はさらに磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘1340およびバイアス磁場を印加するための磁石1350を有し、磁石1350はL字形状に曲げた部分の先の先端部分の内側(弾性材料1322側)に固定されている。さらにデバイスには、検出用コイル1360内の磁歪素子1310の振動を生じやすくするために、フレーム1330のU字部に支柱1380が設けられている。デバイスは、固定部1370で振動源の上に固定することができる。 The magnetostrictive generating device 1300 has substantially the same structure as the magnetostrictive generating device 1200 in FIG. 12, except that a support 1380 is provided. Specifically, the magnetostrictive element 1310 has a magnetostrictive portion 1311 and a stress control portion 1312, and a detection coil 1360 is mounted around them. In this device, the electromagnetic steel plate 1321 of the laminate 1320 constituting the frame 1330 is arranged on the outside, and the elastic material 1322 is arranged on the inside (in the magnetostrictive element 1310, the magnetostrictive portion 1311 is arranged on the outside, and the stress control portion 1312 is arranged on the inside). The device 1300 further has a weight 1340 for applying bending strain to the magnetostrictive portion and a magnet 1350 for applying a bias magnetic field, and the magnet 1350 is fixed to the inside (elastic material 1322 side) of the tip portion at the end of the portion bent into an L shape. Furthermore, the device is provided with a support 1380 at the U-shaped portion of the frame 1330 to facilitate vibration of the magnetostrictive element 1310 in the detection coil 1360. The device can be fixed onto a vibration source with a fixing portion 1370.

図14および図15は、それぞれ、1つのU字部と1つのL字部とを有する形状のフレームが、磁歪素子と一体構成であり、且つ磁石を固定する部分に弾性材料が存在しない磁歪発電デバイス1400および1500の模式図である。磁歪発電デバイス1400においては、磁歪素子1410は磁歪部1411と応力制御部1412とを有し、その周りに検出用コイル1460が装填されている。このデバイスにおいては、フレーム1430を構成する積層体1420の電磁鋼板1421が外側、弾性材料1422が内側(磁歪素子1410においては、磁歪部1411が外側、応力制御部1412が内側)に配置されている。デバイス1400はさらに磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘1440およびバイアス磁場を印加するための磁石1450を有し、磁石1450はL字形状に曲げた部分の先の先端部分の電磁鋼板1421の内側に固定されている。デバイス1400では、磁石と電磁鋼板との間に弾性材料が無く、磁気的なギャップの影響が小さくなるため、サイズの小さな磁石を使用することが可能となる。さらにデバイスは、固定部1470で振動源の上に固定することができる。 14 and 15 are schematic diagrams of magnetostrictive generating devices 1400 and 1500, respectively, in which a frame having one U-shaped portion and one L-shaped portion is integral with the magnetostrictive element, and no elastic material exists in the portion where the magnet is fixed. In the magnetostrictive generating device 1400, the magnetostrictive element 1410 has a magnetostrictive portion 1411 and a stress control portion 1412, and a detection coil 1460 is mounted around them. In this device, the electromagnetic steel plate 1421 of the laminate 1420 constituting the frame 1430 is arranged on the outside, and the elastic material 1422 is arranged on the inside (in the magnetostrictive element 1410, the magnetostrictive portion 1411 is arranged on the outside, and the stress control portion 1412 is arranged on the inside). The device 1400 further has a weight 1440 for applying a bending strain to the magnetostrictive portion and a magnet 1450 for applying a bias magnetic field, and the magnet 1450 is fixed to the inside of the electromagnetic steel plate 1421 at the tip portion of the portion bent into an L shape. In device 1400, there is no elastic material between the magnet and the electromagnetic steel plate, and the effect of the magnetic gap is small, making it possible to use a small-sized magnet. Furthermore, the device can be fixed onto a vibration source by fixing part 1470.

磁歪発電デバイス1500は、支柱1580が設けられていること以外は、図14の磁歪発電デバイス1400と実質的に同じ構造である。具体的には、磁歪素子1510は磁歪部1511と応力制御部1512とを有し、その周りに検出用コイル1560が装填されている。このデバイスにおいては、フレーム1530を構成する積層体1520の電磁鋼板1521が外側、弾性材料1522が内側(磁歪素子1510においては、磁歪部1511が外側、応力制御部1512が内側)に配置されている。デバイス1500はさらに磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘1540およびバイアス磁場を印加するための磁石1550を有し、磁石1550はL字形状に曲げた部分の先の先端部分の電磁鋼板1521の内側に固定されている。デバイス1500では、磁石と電磁鋼板との間に弾性材料が無く、磁気的なギャップの影響が小さくなるため、サイズの小さな磁石を使用することが可能となる。さらにデバイスには、検出用コイル1560内の磁歪素子1510の振動を生じやすくするために、フレーム1530のU字部に支柱1580が設けられている。デバイスは、固定部1570で振動源の上に固定することができる。 The magnetostrictive power generation device 1500 has substantially the same structure as the magnetostrictive power generation device 1400 in FIG. 14, except that a support 1580 is provided. Specifically, the magnetostrictive element 1510 has a magnetostrictive portion 1511 and a stress control portion 1512, and a detection coil 1560 is mounted around them. In this device, the electromagnetic steel sheet 1521 of the laminate 1520 constituting the frame 1530 is arranged on the outside, and the elastic material 1522 is arranged on the inside (in the magnetostrictive element 1510, the magnetostrictive portion 1511 is arranged on the outside, and the stress control portion 1512 is arranged on the inside). The device 1500 further has a weight 1540 for applying bending strain to the magnetostrictive portion and a magnet 1550 for applying a bias magnetic field, and the magnet 1550 is fixed to the inside of the electromagnetic steel sheet 1521 at the tip portion of the portion bent into an L shape. In the device 1500, there is no elastic material between the magnet and the electromagnetic steel sheet, and the effect of the magnetic gap is reduced, making it possible to use a magnet of a small size. Furthermore, the device is provided with a support 1580 at the U-shaped portion of the frame 1530 to facilitate vibration of the magnetostrictive element 1510 in the detection coil 1560. The device can be fixed onto a vibration source with a fixing portion 1570.

図16および図17は、それぞれ、1つのU字部と2つのL字部とを有する形状のフレーム全体が、磁歪素子と一体構成である磁歪発電デバイス1600および1700の模式図である。磁歪発電デバイス1600においては、磁歪素子1610は磁歪部1611と応力制御部1612とを有し、その周りに検出用コイル1660が装填されている。このデバイスにおいては、フレーム1630を構成する積層体1620の電磁鋼板1621が外側、弾性材料1622が内側(磁歪素子1610においては、磁歪部1611が外側、応力制御部1612が内側)に配置されている。デバイス1600はさらに磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘1640およびバイアス磁場を印加するための磁石1650を有し、磁石1650は、末端に近いL字形状の上側の弾性材料1622に固定されている。デバイス1600では、磁石1650と磁歪部1611とを近づけて、磁気的なギャップを狭くすることができるため、サイズの小さな磁石を使用することが可能となる。さらにデバイスは、固定部1670で振動源の上に固定することができる。 16 and 17 are schematic diagrams of magnetostrictive generating devices 1600 and 1700, respectively, in which the entire frame having one U-shaped portion and two L-shaped portions is integrally formed with the magnetostrictive element. In the magnetostrictive generating device 1600, the magnetostrictive element 1610 has a magnetostrictive portion 1611 and a stress control portion 1612, and a detection coil 1660 is mounted around them. In this device, the electromagnetic steel plate 1621 of the laminate 1620 constituting the frame 1630 is arranged on the outside, and the elastic material 1622 is arranged on the inside (in the magnetostrictive element 1610, the magnetostrictive portion 1611 is arranged on the outside, and the stress control portion 1612 is arranged on the inside). The device 1600 further has a weight 1640 for applying bending strain to the magnetostrictive portion and a magnet 1650 for applying a bias magnetic field, and the magnet 1650 is fixed to the upper elastic material 1622 of the L-shaped portion near the end. In device 1600, magnet 1650 and magnetostrictive portion 1611 can be brought close to each other to narrow the magnetic gap, making it possible to use a small magnet. Furthermore, the device can be fixed onto a vibration source by fixing portion 1670.

磁歪発電デバイス1700は、支柱1780が設けられていること以外は、図16の磁歪発電デバイス1600と実質的に同じ構造である。具体的には、磁歪素子1710は磁歪部1711と応力制御部1712とを有し、その周りに検出用コイル1760が装填されている。このデバイスにおいては、フレーム1730を構成する積層体1720の電磁鋼板1721が外側、弾性材料1722が内側(磁歪素子1710においては、磁歪部1711が外側、応力制御部1712が内側)に配置されている。デバイス1700はさらに磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘1740およびバイアス磁場を印加するための磁石1750を有し、磁石1750は、末端に近いL字形状の上側の弾性材料1722に固定されている。デバイス1700では、磁石1750と磁歪部1711とを近づけて、磁気的なギャップを狭くすることができるため、サイズの小さな磁石を使用することが可能となる。さらにデバイスには、検出用コイル1760内の磁歪素子1710の振動を生じやすくするために、フレーム1730のU字部に支柱1780が設けられている。デバイスは、固定部1770で振動源の上に固定することができる。 The magnetostrictive generating device 1700 has substantially the same structure as the magnetostrictive generating device 1600 of FIG. 16, except that a support 1780 is provided. Specifically, the magnetostrictive element 1710 has a magnetostrictive portion 1711 and a stress control portion 1712, and a detection coil 1760 is mounted around them. In this device, the electromagnetic steel plate 1721 of the laminate 1720 constituting the frame 1730 is arranged on the outside, and the elastic material 1722 is arranged on the inside (in the magnetostrictive element 1710, the magnetostrictive portion 1711 is arranged on the outside, and the stress control portion 1712 is arranged on the inside). The device 1700 further has a weight 1740 for applying bending strain to the magnetostrictive portion and a magnet 1750 for applying a bias magnetic field, and the magnet 1750 is fixed to the upper elastic material 1722 of the L-shape near the end. In the device 1700, the magnet 1750 and the magnetostrictive portion 1711 can be brought close to each other to narrow the magnetic gap, making it possible to use a magnet of a small size. Furthermore, the device is provided with a support 1780 at the U-shaped portion of the frame 1730 to facilitate vibration of the magnetostrictive element 1710 in the detection coil 1760. The device can be fixed onto a vibration source with a fixing portion 1770.

図18および図19は、それぞれ、1つのU字部と2つのL字部とを有する形状のフレームが、磁歪素子と一体構成であり、且つ磁石を固定する部分に弾性材料が存在しない磁歪発電デバイス1800および1900の模式図である。磁歪発電デバイス1800においては、磁歪素子1810は磁歪部1811と応力制御部1812とを有し、その周りに検出用コイル1860が装填されている。このデバイスにおいては、フレーム1830を構成する積層体1820の電磁鋼板1821が外側、弾性材料1822が内側(磁歪素子1810においては、磁歪部1811が外側、応力制御部1812が内側)に配置されている。デバイス1800はさらに磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘1840およびバイアス磁場を印加するための磁石1850を有し、磁石1850は、末端に近いL字形状の上側の電磁鋼板1821の上に固定されている。デバイス1800では、磁石1850と磁歪部1811との距離が近く、さらに磁石と電磁鋼板との間に弾性材料が無いことから、磁気的なギャップの影響がさらに小さくなるため、サイズのより小さな磁石を使用することが可能となる。さらにデバイスは、固定部1870で振動源の上に固定することができる。 18 and 19 are schematic diagrams of magnetostrictive generating devices 1800 and 1900, respectively, in which a frame having one U-shaped portion and two L-shaped portions is integral with the magnetostrictive element, and no elastic material exists in the portion where the magnet is fixed. In the magnetostrictive generating device 1800, the magnetostrictive element 1810 has a magnetostrictive portion 1811 and a stress control portion 1812, and a detection coil 1860 is loaded around them. In this device, the electromagnetic steel plate 1821 of the laminate 1820 constituting the frame 1830 is arranged on the outside, and the elastic material 1822 is arranged on the inside (in the magnetostrictive element 1810, the magnetostrictive portion 1811 is arranged on the outside, and the stress control portion 1812 is arranged on the inside). The device 1800 further has a weight 1840 for applying bending strain to the magnetostrictive portion and a magnet 1850 for applying a bias magnetic field, and the magnet 1850 is fixed on the upper electromagnetic steel plate 1821 of the L-shaped portion near the end. In device 1800, the distance between magnet 1850 and magnetostrictive portion 1811 is short, and there is no elastic material between the magnet and the electromagnetic steel plate, so the effect of the magnetic gap is further reduced, making it possible to use a smaller magnet. Furthermore, the device can be fixed onto the vibration source by fixing portion 1870.

磁歪発電デバイス1900は、支柱1980が設けられていること以外は、図18の磁歪発電デバイス1800と実質的に同じ構造である。具体的には、磁歪素子1910は磁歪部1911と応力制御部1912とを有し、その周りに検出用コイル1960が装填されている。このデバイスにおいては、フレーム1930を構成する積層体1920の電磁鋼板1921が外側、弾性材料1922が内側(磁歪素子1910においては、磁歪部1911が外側、応力制御部1912が内側)に配置されている。デバイス1900はさらに磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘1940およびバイアス磁場を印加するための磁石1950を有し、磁石1950は、末端に近いL字形状の上側の電磁鋼板1921の上に固定されている。デバイス1900では、磁石1950と磁歪部1911との距離が近く、さらに磁石と電磁鋼板との間に弾性材料が無いことから、磁気的なギャップの影響がさらに小さくなるため、サイズのより小さな磁石を使用することが可能となる。さらにデバイスには、検出用コイル1960内の磁歪素子1910の振動を生じやすくするために、フレーム1930のU字部に支柱1980が設けられている。デバイスは、固定部1970で振動源の上に固定することができる。 The magnetostrictive generating device 1900 has substantially the same structure as the magnetostrictive generating device 1800 of FIG. 18, except that a support 1980 is provided. Specifically, the magnetostrictive element 1910 has a magnetostrictive portion 1911 and a stress control portion 1912, and a detection coil 1960 is mounted around them. In this device, the electromagnetic steel plate 1921 of the laminate 1920 constituting the frame 1930 is arranged on the outside, and the elastic material 1922 is arranged on the inside (in the magnetostrictive element 1910, the magnetostrictive portion 1911 is arranged on the outside, and the stress control portion 1912 is arranged on the inside). The device 1900 further has a weight 1940 for applying bending strain to the magnetostrictive portion and a magnet 1950 for applying a bias magnetic field, and the magnet 1950 is fixed on the upper electromagnetic steel plate 1921 of the L-shape near the end. In device 1900, the distance between magnet 1950 and magnetostrictive portion 1911 is short, and there is no elastic material between the magnet and the electromagnetic steel plate, so the effect of the magnetic gap is further reduced, making it possible to use a smaller magnet. Furthermore, the device is provided with a support 1980 at the U-shaped portion of frame 1930 to facilitate vibration of magnetostrictive element 1910 in detection coil 1960. The device can be fixed onto a vibration source with fixing portion 1970.

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 The present invention will be specifically explained below with reference to examples, but the present invention is not limited to these.

(評価方法)
実施例および比較例においては、作製した磁歪発電デバイスの検出用コイルに誘起される交流電圧をデジタルオシロスコープで取り込み、電圧を測定した。測定した電圧波形のピーク電圧によって、磁歪発電デバイスの性能を評価した。
(Evaluation Method)
In the examples and comparative examples, the AC voltage induced in the detection coil of the magnetostrictive generating device was captured by a digital oscilloscope and the voltage was measured. The performance of the magnetostrictive generating device was evaluated based on the peak voltage of the measured voltage waveform.

(実施例1)
実施例1において、方向性電磁鋼板及び無方向性電磁鋼板をそれぞれ電磁鋼板121(磁歪材料)として用い、非磁性材料であるCFRPを弾性材料122として用いて、図1に示した構造を有する磁歪発電デバイス100を作製した。
Example 1
In Example 1, a directional electromagnetic steel sheet and a non-directional electromagnetic steel sheet were used as the electromagnetic steel sheet 121 (magnetostrictive material), and CFRP, which is a non-magnetic material, was used as the elastic material 122 to produce a magnetostrictive power generation device 100 having the structure shown in Figure 1.

方向性電磁鋼板として、日本製鉄(株)の方向性電磁鋼板27ZH100、被膜付き、を使用した。厚みは0.27mmであり、結晶方位は{110}[100]GOSS集合組織である。方向性電磁鋼板の長手方向を[100]方向とし、長さ140mm、幅6mmにシャーリング切断した。それを図1に示したようなU字型に曲げて形状を整えた。下側の固定部170に相当する長さは約80mm、上側の検出用コイル160、錘140をつける部位の長さは約40mmとした。
尚、方向性電磁鋼板をU字型に曲げた後、歪みを除去するために、800℃、2時間、真空中で焼鈍した。
As the grain-oriented electrical steel sheet, grain-oriented electrical steel sheet 27ZH100 with coating manufactured by Nippon Steel Corporation was used. The thickness was 0.27 mm, and the crystal orientation was {110}[100] GOSS texture. The grain-oriented electrical steel sheet was cut by shearing to a length of 140 mm and a width of 6 mm with the longitudinal direction of the grain-oriented electrical steel sheet set to the [100] direction. The sheet was then bent into a U-shape as shown in FIG. 1 to adjust the shape. The length corresponding to the lower fixing part 170 was about 80 mm, and the length of the part where the upper detection coil 160 and weight 140 were attached was about 40 mm.
After bending the grain-oriented electrical steel sheet into a U-shape, the sheet was annealed in a vacuum at 800° C. for 2 hours to remove distortion.

無方向性電磁鋼板として、日本製鉄(株)の無方向性電磁鋼板35H210、被膜付き、を使用した。厚みは0.35mmだった。無方向性電磁鋼板を長さ140mm、幅6mmにシャーリング切断した。それを図1に示したようにU字型に曲げて形状を整えた。下側の固定部120に相当する長さは約80mm、上側の検出用コイル160、錘140をつける部位の長さは約40mmである。
尚、無方向性電磁鋼板をU字型に曲げた後、歪を除去するために740℃、2時間、真空中で焼鈍した。
As the non-oriented electrical steel sheet, a non-oriented electrical steel sheet 35H210 with coating manufactured by Nippon Steel Corporation was used. The thickness was 0.35 mm. The non-oriented electrical steel sheet was sheared to a length of 140 mm and a width of 6 mm. The sheet was bent into a U-shape as shown in FIG. 1 to adjust the shape. The length corresponding to the lower fixing part 120 was about 80 mm, and the length of the part where the upper detection coil 160 and weight 140 were attached was about 40 mm.
After bending the non-oriented electrical steel sheet into a U-shape, the sheet was annealed in a vacuum at 740° C. for 2 hours to remove distortion.

弾性材料122としては、非磁性材料であるCFRP、厚み0.5mm、幅6mmを用いた。カーボン繊維の方向を長手方向として、U字型の電磁鋼板と一体化できるように長さを140mmよりも少し長めに切断し、熱プレスでU字形状に整えた。 The elastic material 122 was made of non-magnetic CFRP with a thickness of 0.5 mm and a width of 6 mm. The carbon fibers were cut to a length slightly longer than 140 mm so that they could be integrated with the U-shaped electromagnetic steel plate, and the material was then heat pressed to form a U-shape.

U字型に曲げた方向性または無方向性の電磁鋼板121と、U字型に曲げたCFRP(弾性材料122)とをエポキシ系の接着剤を用いて室温で貼り合わせて積層体120とし、磁歪素子110に相当する磁歪素子部とフレーム130全体(即ち、100%)との一体構成体を得た。得られた一体構成体の磁歪素子に対応する部位に5000ターンの検出用コイル160を装填してた。コイルの長さは15mmだった。次に、7gのタングステンの錘140を磁歪素子110のとなりに接着固定した。さらにU字形状の下側の固定部170の電磁鋼板121側にNdFeB磁石150を貼り付けて、フレーム130の全体が磁歪素子110と一体構成である磁歪発電デバイス100を得た。 A U-shaped directional or non-directional electromagnetic steel sheet 121 and a U-shaped CFRP (elastic material 122) were bonded together at room temperature using an epoxy adhesive to form a laminate 120, and an integrated structure was obtained of the magnetostrictive element portion corresponding to the magnetostrictive element 110 and the entire frame 130 (i.e., 100%). A 5,000-turn detection coil 160 was loaded into the part of the integrated structure corresponding to the magnetostrictive element. The length of the coil was 15 mm. Next, a 7 g tungsten weight 140 was glued and fixed next to the magnetostrictive element 110. Furthermore, an NdFeB magnet 150 was attached to the electromagnetic steel sheet 121 side of the U-shaped lower fixing portion 170, and a magnetostrictive power generation device 100 was obtained in which the entire frame 130 was integrated with the magnetostrictive element 110.

得られた磁歪発電デバイスのU字形状の下側の固定部170を接着剤で加振機の上に固定した。次に、バイアス磁場をNdFeB磁石150によって印加した。尚、磁石の強さ(大きさ)を変えてピーク電圧が最大になった時の磁石を使った。磁歪素子に印加される磁場の強さは、方向性電磁鋼板では約2800A/m(350e)、無方向性電磁鋼板では約3200A/m(400e)と推定した。加振機を0.5Gで加振させて、共振周波数におけるピーク電圧をオシロスコープで測定した。 The U-shaped lower fixing part 170 of the obtained magnetostrictive power generation device was fixed on the vibrator with adhesive. Next, a bias magnetic field was applied by an NdFeB magnet 150. The magnet strength (size) was changed and the magnet that gave the maximum peak voltage was used. The strength of the magnetic field applied to the magnetostrictive element was estimated to be about 2800 A/m (350e) for oriented electromagnetic steel sheet and about 3200 A/m (400e) for non-oriented electromagnetic steel sheet. The vibrator was vibrated at 0.5 G, and the peak voltage at the resonant frequency was measured with an oscilloscope.

磁歪材料として方向性電磁鋼板を使用したデバイスの共振周波数は215Hz、無方向性電磁鋼板を使用したデバイスの共振周波数は227Hzであった。ピーク電圧は表1に示した。 The resonant frequency of the device using oriented magnetic steel sheet as the magnetostrictive material was 215 Hz, and the resonant frequency of the device using non-oriented magnetic steel sheet was 227 Hz. The peak voltages are shown in Table 1.

Figure 0007557357000001
Figure 0007557357000001

表1の結果から明らかなように、本発明のデバイスは、外部振動に対して、500mV以上の発電性能を示した。 As is clear from the results in Table 1, the device of the present invention exhibited a power generation performance of 500 mV or more in response to external vibration.

(実施例2)
実施例2において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板221(磁歪材料)として用い、非磁性材料であるCFRPを弾性材料222として用いて、図2に示した構造を有する磁歪発電デバイス200を作製した。
Example 2
In Example 2, a grain-oriented electromagnetic steel sheet was used as the electromagnetic steel sheet 221 (magnetostrictive material), and CFRP, which is a non-magnetic material, was used as the elastic material 222 to fabricate a magnetostrictive power generation device 200 having the structure shown in FIG.

磁歪素子210に相当する磁歪素子部について、弾性材料であるCFRPの厚みを0.3mmと薄くし、磁歪素子部以外のCFRPの厚みを0.5mmとする以外は、実施例1と同様に磁歪発電デバイスを組み立て、フレーム230の全体(即ち、100%)が磁歪素子210と一体構成である磁歪発電デバイス200を得た。本デバイスにおいては、応力制御部212の厚みを薄くすることで、磁歪素子部の振動をより生じ易くした。 A magnetostrictive power generation device was assembled in the same manner as in Example 1, except that the thickness of the CFRP, which is an elastic material, for the magnetostrictive element portion corresponding to the magnetostrictive element 210 was thinned to 0.3 mm, and the thickness of the CFRP other than the magnetostrictive element portion was 0.5 mm, to obtain a magnetostrictive power generation device 200 in which the entire frame 230 (i.e., 100%) is integral with the magnetostrictive element 210. In this device, the thickness of the stress control portion 212 was thinned to make it easier for the magnetostrictive element portion to vibrate.

実施例1と同様に磁歪発電デバイス200を評価したところ、共振周波数は155Hzであった。ピーク電圧は表2に示した。 When the magnetostrictive power generation device 200 was evaluated in the same manner as in Example 1, the resonant frequency was 155 Hz. The peak voltage is shown in Table 2.

Figure 0007557357000002
Figure 0007557357000002

表2の結果から明らかなように、本発明のデバイスは、外部振動に対して、500mV以上の発電性能を示した。また、実施例1と比べて応力制御部212の厚みを薄くした分、共振周波数は低下したが、磁歪素子部の振幅が大きくなって発生電圧のピーク値は向上した。 As is clear from the results in Table 2, the device of the present invention exhibited a power generation performance of 500 mV or more in response to external vibration. In addition, the thickness of the stress control section 212 was made thinner than in Example 1, resulting in a decrease in the resonant frequency, but the amplitude of the magnetostrictive element section was increased, improving the peak value of the generated voltage.

(実施例3)
実施例3において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板321(磁歪材料)として用い、磁性材料であるSUS304を弾性材料322として用いて、図3に示した構造を有する磁歪発電デバイス300を作製した。
Example 3
In Example 3, a grain-oriented electromagnetic steel sheet was used as the electromagnetic steel sheet 321 (magnetostrictive material), and SUS304, a magnetic material, was used as the elastic material 322 to fabricate the magnetostrictive generating device 300 having the structure shown in FIG.

電磁鋼板321として、日本製鉄(株)の方向性電磁鋼板27ZH100、被膜付き、を使用した。厚みは0.27mmであり、結晶方位は{110}[100]GOSS集合組織である。方向性電磁鋼板の長手方向を[100]方向とし、長さ100mm、幅6mmにシャーリング切断した。それを図3に示したようにU字型に曲げて形状を整えた。下側の固定部370に相当する長さは約40mm、上側の検出用コイル360、錘340をつける部位の長さは約40mmとした。
尚、方向性電磁鋼板をU字型に曲げた後、歪を除去するために800℃、2時間、真空中で焼鈍した。
As the magnetic steel sheet 321, a grain-oriented magnetic steel sheet 27ZH100 with a coating manufactured by Nippon Steel Corporation was used. The thickness was 0.27 mm, and the crystal orientation was a {110}[100] GOSS texture. The grain-oriented magnetic steel sheet was cut by shearing to a length of 100 mm and a width of 6 mm with the longitudinal direction of the grain-oriented magnetic steel sheet set to the [100] direction. The sheet was then bent into a U-shape as shown in FIG. 3 to adjust the shape. The length corresponding to the lower fixing part 370 was about 40 mm, and the length of the part where the upper detection coil 360 and weight 340 were attached was about 40 mm.
After bending the grain-oriented electrical steel sheet into a U-shape, it was annealed in a vacuum at 800° C. for 2 hours to remove distortion.

弾性材料322として、非磁性材料であるSUS304、厚み0.5mm、幅6mmを用いた。U字型の電磁鋼板と一体化できるように長さを140mmよりも少し長めに切断し、U字形状に成型して形状を整えた。
尚、U字状に成型したSUS304を真空中で1050℃、1分間保持後をガス急冷よる溶体化処理を行って、切断歪による影響を取り除いた。
A non-magnetic material, SUS304, having a thickness of 0.5 mm and a width of 6 mm, was used as the elastic material 322. The elastic material 322 was cut to a length slightly longer than 140 mm so that it could be integrated with the U-shaped electromagnetic steel plate, and was then molded into a U-shape to adjust the shape.
The SUS304 molded into a U-shape was subjected to solution treatment by holding in a vacuum at 1050° C. for 1 minute and then gas quenching to remove the effects of cutting distortion.

U字型に曲げた方向性電磁鋼板321と、U字型に曲げたSUS304(弾性材料322)をエポキシ系の接着剤を用いて室温で貼り合わせて積層体320とし、フレームの一部(100mm/140mm=約71%)が上記積層体で構成され、磁歪素子310の応力制御部312から延びた弾性材料322とフレーム330の全体とが一体構成である、一体構成体を得た。得られた一体構成体を使用し、実施例1と同様に磁歪発電デバイス300を作製した。 A U-shaped directional electromagnetic steel sheet 321 and a U-shaped SUS304 (elastic material 322) were bonded together at room temperature using an epoxy adhesive to form a laminate 320. A part of the frame (100 mm/140 mm = approximately 71%) was formed from the laminate, and an integrated structure was obtained in which the elastic material 322 extending from the stress control unit 312 of the magnetostrictive element 310 and the entire frame 330 were integrated. The magnetostrictive power generation device 300 was fabricated using the integrated structure obtained in the same manner as in Example 1.

実施例1と同様に磁歪発電デバイス300を評価したところ、共振周波数は98Hzであった。ピーク電圧は表3に示した。 When the magnetostrictive power generation device 300 was evaluated in the same manner as in Example 1, the resonant frequency was 98 Hz. The peak voltage is shown in Table 3.

Figure 0007557357000003
Figure 0007557357000003

表3の結果から明らかなように、本発明のデバイスは、外部振動に対して、500mV以上の発電性能を示した As is clear from the results in Table 3, the device of the present invention showed a power generation performance of 500 mV or more in response to external vibration.

(実施例4)
実施例4において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板421(磁歪材料)として用い、磁性材料であるSS400を弾性材料422として用いて、図4に示した構造を有する磁歪発電デバイス400を作製した。
Example 4
In Example 4, a grain-oriented electromagnetic steel sheet was used as the electromagnetic steel sheet 421 (magnetostrictive material), and SS400, which is a magnetic material, was used as the elastic material 422 to fabricate a magnetostrictive generating device 400 having the structure shown in FIG.

電磁鋼板421としては、実施例3と同じ方向性電磁鋼板を使用し、U字形状に整えた。 The same grain-oriented electromagnetic steel sheet as in Example 3 was used as the electromagnetic steel sheet 421, and it was shaped into a U-shape.

弾性材料422としては、磁性材料であるSS400、厚み0.5mm、幅6mmを用いた。U字型の電磁鋼板と一体化できるように長さを140mmよりも少し長めに切断し、U字形状に成型して形状を整えた。
尚、U字状に成型したSS400を真空中で800℃、30分保持後炉冷して、切断歪による影響を取り除いた。
The elastic material 422 was a magnetic material SS400 with a thickness of 0.5 mm and a width of 6 mm. The elastic material 422 was cut to a length slightly longer than 140 mm so that it could be integrated with the U-shaped electromagnetic steel plate, and then molded into a U-shape to adjust the shape.
The SS400 molded into a U-shape was held at 800° C. for 30 minutes in a vacuum and then cooled in the furnace to remove the effects of cutting distortion.

U字型に曲げた方向性電磁鋼板とU字型に曲げたSS400をエポキシ系の接着剤を用いて室温で貼り合わせて積層体420とし、フレームの一部(100mm/140mm=約71%)が上記積層体で構成され、磁歪素子410の応力制御部412から延びた弾性材料422とフレーム430の全体とが一体構成である、一体構成体を得た。得られた一体構成体を使用し、実施例1と同様に磁歪発電デバイス400を作製した。尚、磁石の強さ(大きさ)を変えてピーク電圧が最大になった時の磁石を使った。磁歪素子に印加される磁場の強さは約4000A/m(500e)と推定した。 A U-shaped directional electromagnetic steel sheet and a U-shaped SS400 were bonded together at room temperature using an epoxy adhesive to form a laminate 420, and a part of the frame (100 mm/140 mm = approximately 71%) was formed from the laminate, and an integrated structure was obtained in which the elastic material 422 extending from the stress control section 412 of the magnetostrictive element 410 and the entire frame 430 were integrated. Using the integrated structure obtained, a magnetostrictive power generation device 400 was fabricated in the same manner as in Example 1. The magnet strength (size) was changed and the magnet that produced the maximum peak voltage was used. The strength of the magnetic field applied to the magnetostrictive element was estimated to be approximately 4000 A/m (500 e).

実施例1と同様に磁歪発電デバイス400を評価したところ、共振周波数は104Hzであった。ピーク電圧は表4に示した。 When the magnetostrictive power generation device 400 was evaluated in the same manner as in Example 1, the resonant frequency was 104 Hz. The peak voltage is shown in Table 4.

Figure 0007557357000004
Figure 0007557357000004

表4の結果から明らかなように、本発明のデバイスは、外部振動に対して、500mV以上の発電性能を示した。ただし、応力制御部412を形成する弾性材料が磁性材料(SS400)であるこのデバイスでは、バイアス磁場が応力制御部412にも流れる。そのため、実施例3よりも大きくて強い磁石を使用したが、応力制御部312を形成する弾性材料322が非磁性材料である実施例3と比べて、バイアス磁場の調整が容易ではなく、結果的に実施例3と比べてピーク電圧は若干低下した。 As is clear from the results in Table 4, the device of the present invention exhibited a power generation performance of 500 mV or more in response to external vibration. However, in this device in which the elastic material forming the stress control section 412 is a magnetic material (SS400), the bias magnetic field also flows through the stress control section 412. Therefore, although a larger and stronger magnet was used than in Example 3, it was not as easy to adjust the bias magnetic field as in Example 3 in which the elastic material 322 forming the stress control section 312 was a non-magnetic material, and as a result, the peak voltage was slightly lower than in Example 3.

(実施例5)
実施例5において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板521(磁歪材料)として用い、磁性材料であるSUS304を弾性材料522として用いて、図5に示した構造を有する磁歪発電デバイス500を作製した。
Example 5
In Example 5, a grain-oriented electromagnetic steel sheet was used as the electromagnetic steel sheet 521 (magnetostrictive material), and SUS304, a magnetic material, was used as the elastic material 522 to fabricate a magnetostrictive generating device 500 having the structure shown in FIG.

電磁鋼板の長さを70mmにし、磁石を発電用磁歪素子510の両側に配置したこと以外は、実施例3と同様に磁歪発電デバイス500を作製した。作製したデバイスのフレームの一部(70mm/140mm=50%)が積層体で構成され、フレームの残りの部分は、磁歪素子510の応力制御部512から延びた弾性材料522と一体構成であった。尚、磁石を2つ使用し、磁歪素子内で磁場が打ち消し合わないように、二つの磁石の極性が反対となるように貼り付けた。尚、磁石の強さ(大きさ)を変えてピーク電圧が最大になった時の磁石を使った。磁歪素子に印加される磁場の強さは約2800A/m(350e)と推定した。 A magnetostrictive power generation device 500 was fabricated in the same manner as in Example 3, except that the length of the electromagnetic steel plate was 70 mm and magnets were placed on both sides of the power generation magnetostrictive element 510. A part of the frame of the fabricated device (70 mm/140 mm = 50%) was composed of a laminate, and the remaining part of the frame was integrally formed with the elastic material 522 extending from the stress control part 512 of the magnetostrictive element 510. Two magnets were used, and the two magnets were attached with opposite polarities so that the magnetic fields would not cancel each other out within the magnetostrictive element. The magnet strength (size) was changed and the magnet that maximized the peak voltage was used. The strength of the magnetic field applied to the magnetostrictive element was estimated to be approximately 2800 A/m (350 e).

実施例1と同様に磁歪発電デバイス500を評価したところ、共振周波数は108Hzであった。ピーク電圧は表5に示した。 When the magnetostrictive power generation device 500 was evaluated in the same manner as in Example 1, the resonant frequency was 108 Hz. The peak voltage is shown in Table 5.

Figure 0007557357000005
Figure 0007557357000005

表5の結果から明らかなように、本発明のデバイスは、外部振動に対して、500mV以上の発電性能を示した。 As is clear from the results in Table 5, the device of the present invention exhibited a power generation performance of 500 mV or more in response to external vibration.

(実施例6)
実施例1において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板621(磁歪材料)として用い、非磁性材料であるCFRPを弾性材料622として用いて、図6に示した構造を有する磁歪発電デバイス600を作製した。
Example 6
In Example 1, a grain-oriented electromagnetic steel sheet was used as the electromagnetic steel sheet 621 (magnetostrictive material), and CFRP, which is a non-magnetic material, was used as the elastic material 622 to fabricate a magnetostrictive generating device 600 having the structure shown in FIG.

実施例1と同じ方向性電磁鋼板およびCFRPをそれぞれ長さ80mmに切断し、U字型には曲げずに板状のまま、エポキシ系の接着剤を用いて室温で貼り合わせて積層体620とし、磁歪素子610に相当する磁歪素子部とフレーム630の全体(即ち、100%)との一体構成体を得た。得られた一体構成体を使用し、実施例1と同様に磁歪発電デバイス600を作製した。 The same oriented magnetic steel sheet and CFRP as in Example 1 were cut to a length of 80 mm, and without bending them into a U-shape, they were stuck together at room temperature using an epoxy adhesive to form a laminate 620, and an integrated structure was obtained consisting of the magnetostrictive element portion corresponding to the magnetostrictive element 610 and the entire frame 630 (i.e., 100%). The magnetostrictive power generation device 600 was fabricated in the same manner as in Example 1 using the integrated structure obtained.

実施例1と同様に磁歪発電デバイス600を評価したところ、共振周波数は248Hzであった。ピーク電圧は表6に示した。 When the magnetostrictive power generation device 600 was evaluated in the same manner as in Example 1, the resonant frequency was 248 Hz. The peak voltage is shown in Table 6.

Figure 0007557357000006
Figure 0007557357000006

表6の結果から明らかなように、本発明のデバイスは、外部振動に対して、500mV以上の発電性能を示した。 As is clear from the results in Table 6, the device of the present invention exhibited a power generation performance of 500 mV or more in response to external vibration.

(実施例7)
実施例7において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板721(磁歪材料)として用い、非磁性材料であるCFRPを弾性材料722として用いて、図7に示した構造を有する磁歪発電デバイス700を作製した。
(Example 7)
In Example 7, a grain-oriented electromagnetic steel sheet was used as the electromagnetic steel sheet 721 (magnetostrictive material), and CFRP, which is a non-magnetic material, was used as the elastic material 722 to fabricate a magnetostrictive generating device 700 having the structure shown in FIG.

方向性電磁鋼板として、日本製鉄(株)の方向性電磁鋼板27ZH100、被膜付き、を使用した。厚みは0.27mmであり、結晶方位は{110}[100]GOSS集合組織である。方向性電磁鋼板の長手方向を[100]方向とし、長さ140mm、幅6mmにシャーリング切断した。それを図7に示したようなU字型に曲げて形状を整えた。下側の固定部770に相当する長さは約80mm、上側の検出用コイル760、錘740をつける部位の長さは約40mmとした。
尚、方向性電磁鋼板をU字型に曲げた後、歪みを除去するために、800℃、2時間、真空中で焼鈍した。
As the grain-oriented electrical steel sheet, grain-oriented electrical steel sheet 27ZH100 with coating made by Nippon Steel Corporation was used. The thickness was 0.27 mm, and the crystal orientation was {110}[100] GOSS texture. The longitudinal direction of the grain-oriented electrical steel sheet was set to the [100] direction, and the sheet was sheared to a length of 140 mm and a width of 6 mm. The sheet was then bent into a U-shape as shown in FIG. 7 to adjust the shape. The length corresponding to the lower fixing part 770 was about 80 mm, and the length of the part where the upper detection coil 760 and weight 740 were attached was about 40 mm.
After bending the grain-oriented electrical steel sheet into a U-shape, the sheet was annealed in a vacuum at 800° C. for 2 hours to remove distortion.

弾性材料722としては、非磁性材料であるCFRP、厚み0.3mm、幅6mmを用いた。カーボン繊維の方向を長手方向として、長さ40mmに切断した。 The elastic material 722 was made of non-magnetic CFRP with a thickness of 0.3 mm and a width of 6 mm. It was cut to a length of 40 mm with the carbon fiber direction as the longitudinal direction.

図7に示すように、切断したCFRPをU字型に曲げた方向性電磁鋼板にエポキシ系の接着剤を用いて室温で貼り付けて積層体720とし、フレーム730の一部(40mm/140mm=約29%)が上記積層体で構成され、磁歪素子710の磁歪部711から延びた電磁鋼板とフレーム730の全体とが一体構成である、一体構成体を得た。さらにSUS304のブロックを支柱780として方向性電磁鋼板にエポキシ系の接着剤を用いて貼り付けた。得られた構造体を使用し、実施例1と同様に磁歪発電デバイス700を作製した。 As shown in FIG. 7, the cut CFRP was attached to a grain-oriented electromagnetic steel plate bent into a U-shape using an epoxy-based adhesive at room temperature to form a laminate 720, and a portion of the frame 730 (40 mm/140 mm = approximately 29%) was formed from the above-mentioned laminate, resulting in an integrated structure in which the electromagnetic steel plate extending from the magnetostrictive portion 711 of the magnetostrictive element 710 and the entire frame 730 are integrated. Furthermore, SUS304 blocks were attached to the grain-oriented electromagnetic steel plate as supports 780 using an epoxy-based adhesive. Using the resulting structure, a magnetostrictive power generation device 700 was fabricated in the same manner as in Example 1.

実施例1と同様に磁歪発電デバイス700を評価したところ、共振周波数は165Hzであった。ピーク電圧は表7に示した。 When the magnetostrictive power generation device 700 was evaluated in the same manner as in Example 1, the resonant frequency was 165 Hz. The peak voltage is shown in Table 7.

Figure 0007557357000007
Figure 0007557357000007

表7の結果から明らかなように、本発明のデバイスは、外部振動に対して、500mV以上の発電性能を示した。さらに振動が生じやすいため、類似した構成である実施例1のデバイスよりもピーク電圧が向上した。 As is clear from the results in Table 7, the device of the present invention exhibited a power generation performance of 500 mV or more in response to external vibration. Furthermore, because vibration is more likely to occur, the peak voltage was improved compared to the device of Example 1, which has a similar configuration.

(実施例8)
磁石を2つの磁石850に変更する以外は実施例7と同様に、磁歪発電デバイス800を作製した。尚、磁石の強さ(大きさ)を変えてピーク電圧が最大になった時の磁石を使った。磁歪素子に印加される磁場の強さは約2800A/m(350e)と推定した。
(Example 8)
A magnetostrictive generating device 800 was fabricated in the same manner as in Example 7, except that the magnet was changed to two magnets 850. The magnet strength (size) was changed and the magnet that maximized the peak voltage was used. The strength of the magnetic field applied to the magnetostrictive element was estimated to be about 2800 A/m (350 e).

実施例1と同様に磁歪発電デバイス800を評価したところ、共振周波数は157Hzであった。ピーク電圧は表8に示した。 When the magnetostrictive power generation device 800 was evaluated in the same manner as in Example 1, the resonant frequency was 157 Hz. The peak voltage is shown in Table 8.

Figure 0007557357000008
Figure 0007557357000008

表8の結果から明らかなように、本発明のデバイスは、外部振動に対して、500mV以上の発電性能を示した。 As is clear from the results in Table 8, the device of the present invention exhibited a power generation performance of 500 mV or more in response to external vibration.

(比較例1)
比較例1において、方向性電磁鋼板を磁歪部911として用い、磁性材料であるSS400を弾性材料922として用いて、図9に示した構造を有する磁歪発電デバイス900を作製した。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, a grain-oriented electrical steel sheet was used as the magnetostrictive portion 911, and SS400, which is a magnetic material, was used as the elastic material 922 to fabricate a magnetostrictive generating device 900 having the structure shown in FIG.

方向性電磁鋼板として、日本製鉄(株)の方向性電磁鋼板27ZH100、被膜付き、を使用した。厚みは0.27mmであり、結晶方位は{110}[100]GOSS集合組織である。方向性電磁鋼板を長さ20mm、幅6mmにシャーリング切断し、さらに、歪を除去するために800℃、2時間、真空中で焼鈍して、磁歪部911とした。 As the grain-oriented electrical steel sheet, grain-oriented electrical steel sheet 27ZH100 with coating manufactured by Nippon Steel Corporation was used. It had a thickness of 0.27 mm and a crystal orientation of {110}[100] GOSS texture. The grain-oriented electrical steel sheet was sheared to a length of 20 mm and a width of 6 mm, and further annealed in a vacuum at 800°C for 2 hours to remove distortion, to form magnetostrictive portion 911.

弾性材料922として、幅6mm、長さ140mmのSS400を用いた。厚みは、上記磁歪部911を貼り付ける部分(応力制御部912に相当する部分)を0.5mmとし、それ以外の部位を0.8mmとした。それを図9に示したようなU字型に曲げて形状を整えた。下側の固定部970に相当する長さは約80mm、上側の検出用コイル960、錘940をつける部位の長さは約40mmとした。
尚、U字状に成型したSS400を真空中で800℃、30分保持後炉冷して、切断歪による影響を取り除いた。
The elastic material 922 used was SS400 with a width of 6 mm and a length of 140 mm. The thickness was 0.5 mm at the portion where the magnetostrictive portion 911 was attached (corresponding to the stress control portion 912), and 0.8 mm at other portions. The material was bent into a U-shape as shown in Fig. 9 to adjust the shape. The length corresponding to the lower fixing portion 970 was about 80 mm, and the length of the portion where the upper detection coil 960 and weight 940 were attached was about 40 mm.
The SS400 molded into a U-shape was held at 800° C. for 30 minutes in a vacuum and then cooled in the furnace to remove the effects of cutting distortion.

U字型に曲げた弾性材料の応力制御部912に相当する部分に、磁歪部911をエポキシ系の接着剤を用いて室温で貼り合わせて磁歪素子910に相当する部分を形成し、磁歪素子910の応力制御部912から延びた弾性材料922とフレーム930の全体とが一体構成である一体構成体を得た。この一体構成体においてフレームは、磁歪部から延びた電磁鋼板と応力制御部から延びた弾性材料とを含む積層体で構成された部分を有していない。得られた一体構成体を使用し、実施例1と同様に磁歪発電デバイス900を作製した。磁歪発電デバイス900は、さらに磁歪部に曲げ歪みを与えるための錘940およびバイアス磁場を印加するための磁石950を有し、固定部970で加振機の上に固定することができた。 The magnetostrictive portion 911 was attached to the portion of the elastic material bent into a U-shape corresponding to the stress control portion 912 at room temperature using an epoxy adhesive to form a portion corresponding to the magnetostrictive element 910, and an integrated structure was obtained in which the elastic material 922 extending from the stress control portion 912 of the magnetostrictive element 910 and the entire frame 930 were integrated. In this integrated structure, the frame does not have a portion formed of a laminate including an electromagnetic steel plate extending from the magnetostrictive portion and an elastic material extending from the stress control portion. Using the obtained integrated structure, a magnetostrictive generating device 900 was produced in the same manner as in Example 1. The magnetostrictive generating device 900 further has a weight 940 for applying bending strain to the magnetostrictive portion and a magnet 950 for applying a bias magnetic field, and can be fixed on the vibrator by a fixing portion 970.

実施例1と同様に磁歪発電デバイス900を評価したところ、共振周波数は118Hzであった。ピーク電圧は表9に示した。 When the magnetostrictive power generation device 900 was evaluated in the same manner as in Example 1, the resonant frequency was 118 Hz. The peak voltage is shown in Table 9.

Figure 0007557357000009
Figure 0007557357000009

表9の結果から明らかなように、比較例のデバイスは、外部振動に対して、500mV以上の発電性能を示したものの、バイアス磁場が弾性材料であるSS400にも流れた。また、フレームに磁歪部から延びた前記電磁鋼板と、応力制御部から延びた弾性材料とを含む積層体で構成された部分が存在しないため、磁歪部の両端を応力制御部に密着させることが容易ではなかった。そのため、磁気的なギャップが生じてしまい、磁石によるバイアス磁場の調整が容易ではなく、類似した構成である実施例4のデバイスよりもピーク電圧が低かった。 As is clear from the results in Table 9, the comparative example device showed a power generation performance of 500 mV or more in response to external vibration, but the bias magnetic field also flowed through the elastic material SS400. In addition, since the frame did not have a portion composed of a laminate including the electromagnetic steel plate extending from the magnetostrictive section and the elastic material extending from the stress control section, it was not easy to bring both ends of the magnetostrictive section into close contact with the stress control section. As a result, a magnetic gap was created, making it difficult to adjust the bias magnetic field using magnets, and the peak voltage was lower than that of the device of Example 4, which had a similar configuration.

(実施例10および比較例2)
実施例1~8および比較例1で作成したデバイスのそれぞれに対して、加振機を用いて連続的に振動を与えた。
(Example 10 and Comparative Example 2)
Each of the devices produced in Examples 1 to 8 and Comparative Example 1 was subjected to continuous vibration using a vibrator.

その結果、フレームの少なくとも一部が、磁歪部から延びた電磁鋼板と、応力制御部から延びた弾性材料とを含む積層体で構成されている実施例1~8のデバイスは、いずれも、24時間経過した後でも問題なく動作していた。一方、接合部が磁歪素子中に存在する比較例1デバイスは、振動開始から約3時間後には磁歪部と弾性材料の剥離が生じた。これは、振動によって連続的な歪が磁歪素子に加えられ、接合部に応力集中が起こり、剥離が生じたと考えられる。 As a result, all of the devices of Examples 1 to 8, in which at least a portion of the frame was composed of a laminate including electromagnetic steel plates extending from the magnetostrictive portion and elastic material extending from the stress control portion, continued to function without problems even after 24 hours had passed. On the other hand, in the device of Comparative Example 1, in which the joint was present in the magnetostrictive element, peeling occurred between the magnetostrictive portion and the elastic material approximately 3 hours after vibration began. This is thought to be because continuous strain was applied to the magnetostrictive element by the vibration, causing stress concentration at the joint, resulting in peeling.

(実施例11)
実施例11において、方向性電磁鋼板または無方向性電磁鋼板を電磁鋼板1021(磁歪材料)として用い、非磁性材料であるCFRPを弾性材料1022として用いて、図10に示した構造を有する磁歪発電デバイス1000を作製した。
(Example 11)
In Example 11, a magnetostrictive power generation device 1000 having the structure shown in Figure 10 was manufactured using a directional electromagnetic steel sheet or a non-directional electromagnetic steel sheet as the electromagnetic steel sheet 1021 (magnetostrictive material) and CFRP, which is a non-magnetic material, as the elastic material 1022.

方向性電磁鋼板として、日本製鉄(株)の方向性電磁鋼板27ZH100、被膜付き、を使用した。厚みは0.27mmであり、結晶方位は{110}[100]GOSS集合組織である。方向性電磁鋼板の長手方向を[100]方向とし、長さ140mm、幅6mmにシャーリング切断した。それを図10に示したようにU字型に曲げて形状を整えた。下側の固定部1070に相当する長さは約80mm、上側の検出コイル1060、錘1040をつける部位の長さは約40mmとした。
尚、方向性電磁鋼板をU字型に曲げた後、歪を除去するために、800℃、2時間、真空中で焼鈍した。
As the grain-oriented electrical steel sheet, grain-oriented electrical steel sheet 27ZH100 with coating made by Nippon Steel Corporation was used. The thickness was 0.27 mm, and the crystal orientation was {110}[100] GOSS texture. The longitudinal direction of the grain-oriented electrical steel sheet was set to the [100] direction, and the sheet was sheared to a length of 140 mm and a width of 6 mm. The sheet was bent into a U-shape as shown in FIG. 10 to adjust the shape. The length corresponding to the lower fixing part 1070 was about 80 mm, and the length of the part where the upper detection coil 1060 and weight 1040 were attached was about 40 mm.
After bending the grain-oriented electrical steel sheet into a U-shape, the sheet was annealed in a vacuum at 800° C. for 2 hours to remove distortion.

無方向性電磁鋼板として、日本製鉄(株)の無方向性電磁鋼板35H210、被膜付き、を使用した。厚みは0.35mmである。無方向性電磁鋼板を長さ140mm、幅6mmにシャーリング切断した。それを図10に示したようにU字型に曲げて形状を整えた。下側の固定部1070に相当する長さは約80mm、上側の検出コイル1060、錘1040をつける部位の長さは約40mmとした。
尚、無方向性電磁鋼板をU字型に曲げた後、歪を除去するために、740℃、2時間、真空中で焼鈍した。
As the non-oriented electrical steel sheet, a non-oriented electrical steel sheet 35H210 with coating manufactured by Nippon Steel Corporation was used. The thickness was 0.35 mm. The non-oriented electrical steel sheet was sheared to a length of 140 mm and a width of 6 mm. The sheet was bent into a U-shape as shown in FIG. 10 to adjust the shape. The length corresponding to the lower fixing part 1070 was about 80 mm, and the length of the part where the upper detection coil 1060 and weight 1040 were attached was about 40 mm.
After bending the non-oriented electrical steel sheet into a U-shape, the sheet was annealed in a vacuum at 740° C. for 2 hours to remove distortion.

弾性材料1022としては、非磁性材料であるCFRP、厚み0.5mm、幅6mmを用いた。カーボン繊維の方向を長手方向として、U字型の電磁鋼板と一体化できるように長さを140mmよりも少し短めに切断し、熱プレスでU字形状に整えた。 The elastic material 1022 was made of non-magnetic CFRP with a thickness of 0.5 mm and a width of 6 mm. The carbon fibers were cut to a length slightly shorter than 140 mm so that they could be integrated with the U-shaped electromagnetic steel plate, with the direction of the carbon fibers being the longitudinal direction, and the material was then formed into a U-shape by heat pressing.

U字型に曲げた方向性または無方向性の電磁鋼板1021と、U字型に曲げたCFRP(弾性材料1022)とをエポキシ系の接着剤を用いて室温で貼り合わせて積層体1020とし、磁歪素子1010に相当する磁歪素子部とフレーム1030全体(即ち、100%)との一体構成体を得た。得られた一体構成体の磁歪素子に対応する部位に5000ターンの検出用コイル1060を装填した。コイルの長さは15mmだった。次に7gのタングステンの錘1040を磁歪素子1010のとなりに接着固定した。さらにU字形状の下側固定部1070の弾性材料1022側にNdFeB磁石1050を貼り付けて、フレーム1030の全体が磁歪素子1010と一体構成である磁歪発電デバイス1000を得た。 A U-shaped directional or non-directional electromagnetic steel sheet 1021 and a U-shaped CFRP (elastic material 1022) were bonded together at room temperature using an epoxy adhesive to form a laminate 1020, and an integrated structure was obtained of the magnetostrictive element portion corresponding to the magnetostrictive element 1010 and the entire frame 1030 (i.e., 100%). A 5,000-turn detection coil 1060 was loaded into the part of the integrated structure corresponding to the magnetostrictive element. The length of the coil was 15 mm. Next, a 7 g tungsten weight 1040 was glued and fixed next to the magnetostrictive element 1010. Furthermore, an NdFeB magnet 1050 was attached to the elastic material 1022 side of the U-shaped lower fixing portion 1070, and a magnetostrictive power generation device 1000 was obtained in which the entire frame 1030 was integrated with the magnetostrictive element 1010.

得られた磁歪発電デバイスのU字形状の下側の固定部1070を接着剤で加振機の上に固定した。次に、バイアス磁場をNdFeB磁石1050によって印加した。尚、磁石の強さ(大きさ)を変えて電圧を測定し、比較的発生電圧が大きくなる磁石を用いた。磁歪素子に印加される磁場の強さは、方向性電磁鋼板では約2800A/m(350e)、無方向性電磁鋼板では3200A/m(400e)と推定した。加振機を0.5Gで加振させて共振周波数におけるピーク電圧をオシロスコープで測定した。 The U-shaped lower fixing part 1070 of the obtained magnetostrictive power generation device was fixed on the vibrator with adhesive. Next, a bias magnetic field was applied by an NdFeB magnet 1050. The voltage was measured by changing the strength (size) of the magnet, and a magnet that generated a relatively large voltage was used. The strength of the magnetic field applied to the magnetostrictive element was estimated to be about 2800 A/m (350e) for oriented electromagnetic steel sheet and 3200 A/m (400e) for non-oriented electromagnetic steel sheet. The vibrator was vibrated at 0.5 G, and the peak voltage at the resonant frequency was measured with an oscilloscope.

磁歪材料として方向性電磁鋼板を使用したデバイスの共振周波数は226Hz、無方向性電磁鋼板を使用したデバイスの共振周波数は239Hzであった。ピーク電圧は表10に示した。 The resonant frequency of the device using oriented magnetic steel sheet as the magnetostrictive material was 226 Hz, and the resonant frequency of the device using non-oriented magnetic steel sheet was 239 Hz. The peak voltages are shown in Table 10.

Figure 0007557357000010
Figure 0007557357000010

表10の結果から明らかなように、本発明のデバイスは、外部振動に対して、500mV以上の発電性能を示した。 As is clear from the results in Table 10, the device of the present invention exhibited a power generation performance of 500 mV or more in response to external vibration.

(実施例12)
実施例12において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板1121(磁歪材料)として用い、非磁性材料であるCFRPを弾性材料1122として用い、SUS304のブロックを支柱1180として設けた、図11に示した構造を有する磁歪発電デバイス1100を作製した。
Example 12
In Example 12, a magnetostrictive generating device 1100 having the structure shown in Figure 11 was manufactured, in which a grain-oriented electromagnetic steel plate was used as the electromagnetic steel plate 1121 (magnetostrictive material), CFRP, which is a non-magnetic material, was used as the elastic material 1122, and SUS304 blocks were provided as the supports 1180.

図11のデバイスは、実施例11と実質的に同様に作製したが、但し、フレーム1130を形成した後に、SUS304のブロックを支柱1180として、弾性材料1122(CFRP)にエポキシ系の接着剤を用いて貼り付けた。 The device in FIG. 11 was fabricated in substantially the same manner as in Example 11, except that after forming the frame 1130, SUS304 blocks were used as supports 1180 and attached to the elastic material 1122 (CFRP) using an epoxy adhesive.

実施例11と同様に磁歪発電デバイス1100を評価したところ、共振周波数は384Hzであった。ピーク電圧は表11に示した。 When the magnetostrictive power generating device 1100 was evaluated in the same manner as in Example 11, the resonant frequency was 384 Hz. The peak voltage is shown in Table 11.

Figure 0007557357000011
Figure 0007557357000011

表11の結果から明らかなように、本発明のデバイスは、外部振動に対して、500mV以上の発電性能を示した。本実施例においては、SUS304のブロックを支柱としてCFRPにエポキシ系の接着剤を用いて貼り付けたため、振動させる積層体の長さが短くなって、共振周波数を図10のデバイスの226Hzから384Hzに大きくすることができた。さらに共振周波数が大きくなって振幅が小さくなったため、発生電圧のピーク値は表10の方向性電磁鋼板の829mVに比べて746mVと小さくなったが、500mV以上の発電性能を示した。 As is clear from the results in Table 11, the device of the present invention showed a power generation performance of 500 mV or more in response to external vibration. In this example, SUS304 blocks were used as supports and attached to the CFRP with an epoxy adhesive, which shortened the length of the vibrating laminate and made it possible to increase the resonance frequency from 226 Hz in the device in Figure 10 to 384 Hz. Furthermore, because the resonance frequency increased and the amplitude decreased, the peak value of the generated voltage was 746 mV, which was smaller than the 829 mV of the directional electromagnetic steel sheet in Table 10, but still showed a power generation performance of 500 mV or more.

また、デバイス1100では、支柱の右側の積層体が振動するため、この支柱を貼り付ける位置によって振動させる積層体の長さの調整が可能であり、共振周波数を調整することも可能である。 In addition, in device 1100, the laminate on the right side of the support vibrates, so the length of the laminate that vibrates can be adjusted by the position where the support is attached, and it is also possible to adjust the resonant frequency.

(実施例13)
実施例13において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板1221(磁歪材料)として用い、非磁性材料であるSUS304を弾性材料1222として用いて、図12に示した構造を有する磁歪発電デバイス1200を作製した。
(Example 13)
In Example 13, a grain-oriented electromagnetic steel sheet was used as the electromagnetic steel sheet 1221 (magnetostrictive material), and SUS304, a non-magnetic material, was used as the elastic material 1222 to fabricate a magnetostrictive generating device 1200 having the structure shown in FIG.

方向性電磁鋼板として、日本製鉄(株)の方向性電磁鋼板27ZH100、被膜付き、を使用した。厚みは0.27mmであり、結晶方位は{110}[100]GOSS集合組織である。方向性電磁鋼板の長手方向を[100]方向とし、長さ130mm、幅6mmにシャーリング切断した。それを図12に示したようにU字部とL部を有する型に曲げて形状を整えた。下側の固定部1270に相当する長さは約40mm、上側の検出コイル1260、錘1240をつける部位の長さは約40mmとした。
尚、U字部とL部を有する形状に曲げた後、歪を除去するために800℃、2時間、真空中で焼鈍した。
As the grain-oriented electrical steel sheet, grain-oriented electrical steel sheet 27ZH100 with coating made by Nippon Steel Corporation was used. The thickness was 0.27 mm, and the crystal orientation was {110}[100] GOSS texture. The longitudinal direction of the grain-oriented electrical steel sheet was set to the [100] direction, and the sheet was sheared to a length of 130 mm and a width of 6 mm. The sheet was bent into a shape having a U-shaped portion and an L-shaped portion as shown in FIG. 12. The length corresponding to the lower fixing portion 1270 was about 40 mm, and the length of the portion where the upper detection coil 1260 and weight 1240 were attached was about 40 mm.
After bending into a shape having a U-shaped portion and an L-shaped portion, the bent portion was annealed in a vacuum at 800° C. for 2 hours to remove distortion.

弾性材料1222としては、非磁性材料であるSUS304、厚み0.5mm、幅6mmを用いた。U字部とL部を有する電磁鋼板と一体化できるように長さを130mmよりも少し短めに切断し、U字部とL部を有する形状に成型して形状を整えた。
U字部とL部を有する形状に成型したSUS304を真空中で1050℃、1分間保持後、ガス急冷よる溶体化処理を行って、切断歪による影響を取り除いた。
A non-magnetic material, SUS304, having a thickness of 0.5 mm and a width of 6 mm, was used as the elastic material 1222. The elastic material was cut to a length slightly shorter than 130 mm so that it could be integrated with the electromagnetic steel plate having the U-shaped portion and the L-shaped portion, and the shape was adjusted by forming it into a shape having the U-shaped portion and the L-shaped portion.
A piece of SUS304 molded into a shape having a U-shaped portion and an L-shaped portion was held in a vacuum at 1050° C. for 1 minute, and then subjected to solution treatment by gas quenching to remove the effects of cutting distortion.

成形した方向性電磁鋼板とSUS304をエポキシ系の接着剤を用いて室温で貼り合わせて積層体1220とし、磁歪素子1210に相当する磁歪素子部とフレーム1230全体(即ち、100%)との一体構成体を得た。得られた一体構成体の磁歪素子に対応する部位に5000ターンの検出コイルを装填した。コイル長さは15mmだった。次に7gのタングステンの錘1240を磁歪素子1210のとなりに接着固定した。さらに得られた磁歪発電デバイスのL字形状に曲げた部分の先の先端部分の内側(弾性材料1222側)にNdFeB磁石1250を貼り付けて、フレーム1230全体が磁歪素子1210と一体構成である磁歪発電デバイス1200を得た。 The molded directional electromagnetic steel sheet and SUS304 were bonded together at room temperature using an epoxy adhesive to form a laminate 1220, and an integrated structure was obtained consisting of the magnetostrictive element portion corresponding to the magnetostrictive element 1210 and the entire frame 1230 (i.e., 100%). A 5,000-turn detection coil was loaded into the part of the integrated structure corresponding to the magnetostrictive element. The coil length was 15 mm. Next, a 7 g tungsten weight 1240 was glued and fixed next to the magnetostrictive element 1210. Furthermore, an NdFeB magnet 1250 was attached to the inside (elastic material 1222 side) of the tip end of the L-shaped bent part of the obtained magnetostrictive generating device, and a magnetostrictive generating device 1200 was obtained in which the entire frame 1230 was integrated with the magnetostrictive element 1210.

得られた磁歪発電デバイスのU字形状の下側の固定部1270を接着剤で加振機の上に固定した。次に、バイアス磁場をNdFeB磁石1250によって印加した。尚、磁石の強さ(大きさ)を変えて電圧を測定し、比較的発生電圧が大きくなる磁石を用いた。磁歪素子に印加される磁場の強さは、方向性電磁鋼板では約2800A/m(350e)と推定した。加振機を0.5Gで加振させて共振周波数におけるピーク電圧をオシロスコープで測定した。 The U-shaped lower fixing part 1270 of the obtained magnetostrictive power generation device was fixed on the top of a vibrator with adhesive. Next, a bias magnetic field was applied by an NdFeB magnet 1250. The voltage was measured by changing the strength (size) of the magnet, and a magnet that generated a relatively large voltage was used. The strength of the magnetic field applied to the magnetostrictive element was estimated to be about 2800 A/m (350e) for directional electromagnetic steel sheet. The vibrator was vibrated at 0.5 G, and the peak voltage at the resonant frequency was measured with an oscilloscope.

磁歪材料として方向性電磁鋼板を使用したデバイスの共振周波数は104Hzであった。ピーク電圧は表12に示した。 The resonant frequency of the device using grain-oriented magnetic steel sheet as the magnetostrictive material was 104 Hz. The peak voltage is shown in Table 12.

Figure 0007557357000012
Figure 0007557357000012

表12の結果から明らかなように、本発明のデバイスは、外部振動に対して、500mV以上の発電性能を示した。 As is clear from the results in Table 12, the device of the present invention exhibited a power generation performance of 500 mV or more in response to external vibration.

(実施例14)
実施例14において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板1321(磁歪材料)として用い、非磁性材料であるSUS304を弾性材料1322として用い、SUS304のブロックを支柱1380として設けた、図13に示した構造を有する磁歪発電デバイス1300を作製した。
(Example 14)
In Example 14, a magnetostrictive generating device 1300 having the structure shown in Figure 13 was produced, in which a grain-oriented electromagnetic steel plate was used as the electromagnetic steel plate 1321 (magnetostrictive material), SUS304, a non-magnetic material, was used as the elastic material 1322, and SUS304 blocks were provided as the supports 1380.

図13のデバイスは、実施例13と実質的に同様に作製したが、但し、フレーム1330を形成した後に、SUS304のブロックを支柱1380として弾性材料1322(SUS304)にエポキシ系の接着剤を用いて貼り付けた。 The device in FIG. 13 was fabricated in substantially the same manner as in Example 13, except that after forming the frame 1330, blocks of SUS304 were attached to the elastic material 1322 (SUS304) as supports 1380 using an epoxy adhesive.

実施例13と同様に磁歪発電デバイス1300を評価したところ、共振周波数は177Hzであった。ピーク電圧は表13に示した。 When the magnetostrictive power generating device 1300 was evaluated in the same manner as in Example 13, the resonant frequency was 177 Hz. The peak voltage is shown in Table 13.

Figure 0007557357000013
Figure 0007557357000013

表13の結果から明らかなように、本発明のデバイスは、外部振動に対して、500mV以上の発電性能を示した。本実施例においては、SUS304のブロックを支柱として弾性材料(SUS304)にエポキシ系の接着剤を用いて貼り付けたため、振動させる積層体の長さが短くなって、共振周波数を図12のデバイスの104Hzから177Hzに大きくすることができた。共振周波数が大きくなって振幅が小さくなったため、発生電圧のピーク値は表12の987mVに比べて886mVと小さくなったが、500mV以上の発電性能を示した。 As is clear from the results in Table 13, the device of the present invention exhibited a power generation performance of 500 mV or more in response to external vibration. In this example, SUS304 blocks were used as supports and attached to an elastic material (SUS304) with an epoxy adhesive, which shortened the length of the vibrating laminate and made it possible to increase the resonance frequency from 104 Hz in the device in Figure 12 to 177 Hz. Because the resonance frequency increased and the amplitude decreased, the peak value of the generated voltage was 886 mV, which was smaller than the 987 mV in Table 12, but it still exhibited a power generation performance of 500 mV or more.

また、デバイス1300では、支柱の右側の積層体が振動するため、この支柱を貼り付ける位置によって振動させる積層体の長さの調整が可能であり、共振周波数を調整することも可能である。 In addition, in device 1300, the laminate on the right side of the support vibrates, so the length of the laminate that vibrates can be adjusted by the position where the support is attached, and it is also possible to adjust the resonant frequency.

(実施例15)
実施例15において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板1421(磁歪材料)として用い、非磁性材料であるSUS304を弾性材料1422として用いて、図14に示した構造を有する磁歪発電デバイス1400を作製した。
(Example 15)
In Example 15, a magnetostrictive generating device 1400 having the structure shown in FIG. 14 was fabricated using a grain-oriented electromagnetic steel sheet as the electromagnetic steel sheet 1421 (magnetostrictive material) and SUS304, a nonmagnetic material, as the elastic material 1422.

図14のデバイスは、実施例12と実質的に同様に作製したが、但し、フレーム1430を形成する際に、NdFeB磁石1450を設置する部位に弾性材料1422がない状態とするために、方向性電磁鋼板と張り合わせるSUS304の長さを短くした。さらにNdFeB磁石1450を方向性電磁鋼板1421に直接貼り付けた。 The device in FIG. 14 was fabricated in substantially the same manner as in Example 12, except that when forming the frame 1430, the length of the SUS304 to be bonded to the grain-oriented electromagnetic steel plate was shortened so that there would be no elastic material 1422 in the area where the NdFeB magnet 1450 was to be installed. Furthermore, the NdFeB magnet 1450 was directly attached to the grain-oriented electromagnetic steel plate 1421.

得られた磁歪発電デバイスのU字形状の下側の固定部1470を接着剤で加振機の上に固定した。次に、バイアス磁場をNdFeB磁石1450によって印加した。尚、磁石の強さ(大きさ)を変えて電圧を測定し、比較的発生電圧が大きくなる磁石を用いた。磁歪素子に印加される磁場の強さは、方向性電磁鋼板では約2800A/m(350e)と推定した。加振機を0.5Gで加振させて共振周波数におけるピーク電圧をオシロスコープで測定した。 The U-shaped lower fixing part 1470 of the obtained magnetostrictive power generation device was fixed on the vibrator with adhesive. Next, a bias magnetic field was applied by an NdFeB magnet 1450. The voltage was measured by changing the strength (size) of the magnet, and a magnet that generated a relatively large voltage was used. The strength of the magnetic field applied to the magnetostrictive element was estimated to be about 2800 A/m (350e) for directional electromagnetic steel sheet. The vibrator was vibrated at 0.5 G, and the peak voltage at the resonant frequency was measured with an oscilloscope.

磁歪材料として方向性電磁鋼板を使用したデバイスの共振周波数は101Hzであった。ピーク電圧は表14に示した。 The resonant frequency of the device using grain-oriented magnetic steel sheet as the magnetostrictive material was 101 Hz. The peak voltage is shown in Table 14.

Figure 0007557357000014
Figure 0007557357000014

表14の結果から明らかなように、本発明のデバイスは、外部振動に対して、500mV以上の発電性能を示した。 As is clear from the results in Table 14, the device of the present invention exhibited a power generation performance of 500 mV or more in response to external vibration.

また、デバイス1400は、実施例13のデバイス1200に比べて、磁石と方向性電磁鋼板との間に弾性材料(非磁性材料であるSUS304)が無いため、磁気的なギャップの影響が小さくなる。そのため、デバイス1200で使用したNdFeB磁石に比べてサイズの小さな磁石を使用することができた。 In addition, compared to device 1200 of Example 13, device 1400 does not have an elastic material (SUS304, a non-magnetic material) between the magnet and the directional electromagnetic steel plate, so the effect of the magnetic gap is smaller. Therefore, it was possible to use magnets that are smaller in size than the NdFeB magnets used in device 1200.

(実施例16)
実施例16において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板1521(磁歪材料)として用い、非磁性材料であるSUS304を弾性材料1522として用い、SUS304のブロックを支柱1580として設けた、図15に示した構造を有する磁歪発電デバイス1500を作製した。
(Example 16)
In Example 16, a magnetostrictive generating device 1500 having the structure shown in Figure 15 was produced, in which a grain-oriented electromagnetic steel plate was used as the electromagnetic steel plate 1521 (magnetostrictive material), SUS304, a non-magnetic material, was used as the elastic material 1522, and SUS304 blocks were provided as the supports 1580.

図15のデバイスは、実施例15と実質的に同様に作製したが、但し、フレーム1530を形成した後に、SUS304のブロックを支柱1580として弾性材料1522(SUS304)にエポキシ系の接着剤を用いて貼り付けた。 The device in FIG. 15 was fabricated in substantially the same manner as in Example 15, except that after forming the frame 1530, blocks of SUS304 were attached to the elastic material 1522 (SUS304) as supports 1580 using an epoxy adhesive.

実施例15と同様に磁歪発電デバイス1500を評価したところ、共振周波数は172Hzであった。ピーク電圧は表15に示した。 When the magnetostrictive power generating device 1500 was evaluated in the same manner as in Example 15, the resonant frequency was 172 Hz. The peak voltage is shown in Table 15.

Figure 0007557357000015
Figure 0007557357000015

表15の結果から明らかなように、本発明のデバイスは、外部振動に対して、500mV以上の発電性能を示した。本実施例においては、SUS304のブロックを支柱として弾性材料(SUS304)にエポキシ系の接着剤を用いて貼り付けたため、振動させる積層体の長さが短くなって、共振周波数を図14のデバイス1400の101Hzから172Hzに大きくすることができた。共振周波数が大きくなって振幅が小さくなったため、発生電圧のピーク値は表14の989mVに比べて890mVと小さくなったが、500mV以上の発電性能を示した。 As is clear from the results in Table 15, the device of the present invention exhibited a power generation performance of 500 mV or more in response to external vibration. In this example, SUS304 blocks were used as supports and attached to an elastic material (SUS304) with an epoxy adhesive, which shortened the length of the vibrating laminate and made it possible to increase the resonance frequency from 101 Hz in device 1400 in Figure 14 to 172 Hz. Because the resonance frequency increased and the amplitude decreased, the peak value of the generated voltage was 890 mV, which was smaller than the 989 mV in Table 14, but it still exhibited a power generation performance of 500 mV or more.

また、デバイス1500では、支柱の右側の積層体が振動するため、この支柱を貼り付ける位置によって振動させる積層体の長さの調整が可能であり、共振周波数を調整することも可能である。 In addition, in device 1500, the laminate on the right side of the support vibrates, so the length of the laminate that vibrates can be adjusted by the position where the support is attached, and it is also possible to adjust the resonant frequency.

(実施例17)
実施例17において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板1621(磁歪材料)として用い、非磁性材料であるSUS304を弾性材料1622として用いて、図16に示した構造を有する磁歪発電デバイス1600を作製した。
(Example 17)
In Example 17, a grain-oriented electromagnetic steel sheet was used as the electromagnetic steel sheet 1621 (magnetostrictive material) and SUS304, a non-magnetic material, was used as the elastic material 1622 to fabricate a magnetostrictive generating device 1600 having the structure shown in FIG.

方向性電磁鋼板として、日本製鉄(株)の方向性電磁鋼板27ZH100、被膜付き、を使用した。厚みは0.27mmであり、結晶方位は{110}[100]GOSS集合組織である。方向性電磁鋼板の長手方向を[100]方向としで、長さ110mm、幅6mmにシャーリング切断した。それを図16に示したようにU字部と二つのL部を有する型に曲げて形状を整えた。下側の固定部1670に相当する長さは約35mm、上側の検出コイル1660、錘1640をつける部位の長さは約40mmとした。
尚、U字部と二つのL部を有する形状に曲げた後、歪を除去するために800℃、2時間、真空中で焼鈍した。
As the grain-oriented electrical steel sheet, grain-oriented electrical steel sheet 27ZH100 with coating made by Nippon Steel Corporation was used. The thickness was 0.27 mm, and the crystal orientation was {110}[100] GOSS texture. The grain-oriented electrical steel sheet was cut by shearing to a length of 110 mm and a width of 6 mm with the longitudinal direction of the grain-oriented electrical steel sheet set to the [100] direction. The shape was adjusted by bending the sheet into a shape having a U-shaped portion and two L-shaped portions as shown in FIG. 16. The length corresponding to the lower fixing portion 1670 was about 35 mm, and the length of the portion where the upper detection coil 1660 and weight 1640 were attached was about 40 mm.
After bending into a shape having a U-shaped portion and two L-shaped portions, the material was annealed in a vacuum at 800° C. for 2 hours to remove distortion.

弾性材料1622としては、非磁性材料であるSUS304、厚み0.5mm、幅6mmを用いた。U字部と二つのL部を有する電磁鋼板と一体化できるように長さを110mmよりも少し短めに切断し、U字部と二つのL部を有する形状に成型して形状を整えた。
U字部と二つのL部を有する形状に成型したSUS304を真空中で1050℃、1分間保持後、ガス急冷よる溶体化処理を行って、切断歪による影響を取り除いた。
A non-magnetic material, SUS304, with a thickness of 0.5 mm and a width of 6 mm, was used as the elastic material 1622. The elastic material was cut to a length slightly shorter than 110 mm so that it could be integrated with the electromagnetic steel plate having the U-shaped portion and two L-shaped portions, and then molded into a shape having a U-shaped portion and two L-shaped portions to adjust the shape.
A piece of SUS304 molded into a shape having a U-shaped portion and two L-shaped portions was held in a vacuum at 1050°C for one minute, and then subjected to solution treatment by gas quenching to remove the effects of distortion due to cutting.

成形した方向性電磁鋼板とSUS304をエポキシ系の接着剤を用いて室温で貼り合わせて積層体1620とし、磁歪素子1610に相当する磁歪素子部とフレーム1630全体(即ち、100%)との一体構成体を得た。得られた一体構成体の磁歪素子に対応する部位に5000ターンの検出コイルを装填した。コイル長さは15mmだった。次に7gのタングステンの錘1640を磁歪素子1610のとなりに接着固定した。さらに末端に近いL字形状の上側の弾性材料1622側にNdFeB磁石1650を貼り付けて、フレーム1630全体が磁歪素子1610と一体構成である磁歪発電デバイス1600を得た。 The molded directional electromagnetic steel sheet and SUS304 were bonded together at room temperature using an epoxy adhesive to form a laminate 1620, and an integrated structure was obtained consisting of the magnetostrictive element portion corresponding to the magnetostrictive element 1610 and the entire frame 1630 (i.e., 100%). A 5,000-turn detection coil was loaded into the part of the integrated structure corresponding to the magnetostrictive element. The coil length was 15 mm. Next, a 7 g tungsten weight 1640 was glued and fixed next to the magnetostrictive element 1610. Furthermore, an NdFeB magnet 1650 was attached to the upper elastic material 1622 side of the L-shaped shape near the end, and a magnetostrictive power generation device 1600 was obtained in which the entire frame 1630 was integrated with the magnetostrictive element 1610.

得られた磁歪発電デバイスのU字形状の下側の固定部1670を接着剤で加振機の上に固定した。次に、バイアス磁場をNdFeB磁石1250によって印加した。尚、磁石の強さ(大きさ)を変えて電圧を測定し、比較的発生電圧が大きくなる磁石を用いた。磁歪素子に印加される磁場の強さは、方向性電磁鋼板では約2800A/m(350e)と推定した。加振機を0.5Gで加振させて共振周波数におけるピーク電圧をオシロスコープで測定した。 The U-shaped lower fixing part 1670 of the obtained magnetostrictive power generation device was fixed on the vibrator with adhesive. Next, a bias magnetic field was applied by an NdFeB magnet 1250. The voltage was measured by changing the strength (size) of the magnet, and a magnet that generated a relatively large voltage was used. The strength of the magnetic field applied to the magnetostrictive element was estimated to be about 2800 A/m (350e) for directional electromagnetic steel sheet. The vibrator was vibrated at 0.5 G, and the peak voltage at the resonant frequency was measured with an oscilloscope.

磁歪材料として方向性電磁鋼板を使用したデバイスの共振周波数は105Hzあった。ピーク電圧は表16に示した。 The resonant frequency of the device using grain-oriented magnetic steel sheet as the magnetostrictive material was 105 Hz. The peak voltage is shown in Table 16.

Figure 0007557357000016
Figure 0007557357000016

表16の結果から明らかなように、本発明のデバイスは、外部振動に対して、500mV以上の発電性能を示した。
また、デバイス1600は、実施例11のデバイス1000に比べて、磁石と磁歪素子部とを近づけることができるため、磁気的なギャップが狭くなり、デバイス1000で使用したNdFeB磁石に比べてサイズの小さな磁石を使用することができた。
As is clear from the results in Table 16, the device of the present invention exhibited a power generation performance of 500 mV or more in response to external vibration.
Furthermore, in device 1600, the magnet and magnetostrictive element portion can be brought closer together than in device 1000 of Example 11, so that the magnetic gap is narrower and a magnet smaller in size can be used than the NdFeB magnet used in device 1000.

(実施例18)
実施例18において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板1721(磁歪材料)として用い、非磁性材料であるSUS304を弾性材料1722として用い、SUS304のブロックを支柱1780として設けた、図17に示した構造を有する磁歪発電デバイス1700を作製した。
(Example 18)
In Example 18, a magnetostrictive generating device 1700 having the structure shown in Figure 17 was produced, in which a grain-oriented electromagnetic steel sheet was used as the electromagnetic steel sheet 1721 (magnetostrictive material), SUS304, a non-magnetic material, was used as the elastic material 1722, and SUS304 blocks were provided as the supports 1780.

図17のデバイスは、実施例17と実質的に同様に作製したが、但し、フレーム1730を形成した後に、SUS304のブロックを支柱1780として、弾性材料1722(SUS304)にエポキシ系の接着剤を用いて貼り付けた。 The device in FIG. 17 was fabricated in substantially the same manner as in Example 17, except that after forming the frame 1730, blocks of SUS304 were attached to the elastic material 1722 (SUS304) as supports 1780 using an epoxy adhesive.

実施例17と同様に磁歪発電デバイス1700を評価したところ、共振周波数は173Hzであった。ピーク電圧は表17に示した。 When the magnetostrictive power generating device 1700 was evaluated in the same manner as in Example 17, the resonant frequency was 173 Hz. The peak voltage is shown in Table 17.

Figure 0007557357000017
Figure 0007557357000017

表17の結果から明らかなように、本発明のデバイスは、外部振動に対して、500mV以上の発電性能を示した。本実施例においては、SUS304のブロックを支柱としてSUS304にエポキシ系の接着剤を用いて貼り付けたため、振動させる積層体の長さが短くなって、共振周波数を図16のデバイス1600の105Hzから173Hzに大きくすることができた。さらに共振周波数が大きくなって振幅が小さくなったため、発生電圧のピーク値は表16の985mVに比べて892mVと小さくなったが、500mV以上の発電性能を示した。 As is clear from the results in Table 17, the device of the present invention exhibited a power generation performance of 500 mV or more in response to external vibration. In this example, SUS304 blocks were used as supports and attached to SUS304 with an epoxy adhesive, which shortened the length of the vibrating laminate and made it possible to increase the resonance frequency from 105 Hz in device 1600 in Figure 16 to 173 Hz. Furthermore, because the resonance frequency increased and the amplitude decreased, the peak value of the generated voltage was 892 mV, which was smaller than the 985 mV in Table 16, but still demonstrated a power generation performance of 500 mV or more.

(実施例19)
実施例19において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板1821(磁歪材料)として用い、非磁性材料であるSUS304を弾性材料1822として用いて、図18に示した構造を有する磁歪発電デバイス1800を作製した。
(Example 19)
In Example 19, a grain-oriented electromagnetic steel sheet was used as the electromagnetic steel sheet 1821 (magnetostrictive material), and SUS304, a nonmagnetic material, was used as the elastic material 1822 to fabricate a magnetostrictive generating device 1800 having the structure shown in FIG.

図18のデバイスは、実施例16と実質的に同様に作製したが、但し、フレーム1830を形成する際に、NdFeB磁石1850を設置する部位に弾性材料1822がない状態とするために、方向性電磁鋼板と張り合わせるSUS304の長さを短くした。さらにNdFeB磁石1850を方向性電磁鋼板1821に直接貼り付けた。 The device in FIG. 18 was fabricated in substantially the same manner as in Example 16, except that when forming the frame 1830, the length of the SUS304 to be bonded to the grain-oriented electromagnetic steel plate was shortened so that there would be no elastic material 1822 in the area where the NdFeB magnet 1850 was to be installed. Furthermore, the NdFeB magnet 1850 was directly attached to the grain-oriented electromagnetic steel plate 1821.

得られた磁歪発電デバイスのU字形状の下側の固定部1870を接着剤で加振機の上に固定した。次に、バイアス磁場をNdFeB磁石1850によって印加した。尚、磁石の強さ(大きさ)を変えて電圧を測定し、比較的発生電圧が大きくなる磁石を用いた。磁歪素子に印加される磁場の強さは、方向性電磁鋼板では約2800A/m(350e)と推定した。加振機を0.5Gで加振させて共振周波数におけるピーク電圧をオシロスコープで測定した。 The U-shaped lower fixing part 1870 of the obtained magnetostrictive power generation device was fixed on the top of a vibrator with adhesive. Next, a bias magnetic field was applied by an NdFeB magnet 1850. The voltage was measured by changing the strength (size) of the magnet, and a magnet that generated a relatively large voltage was used. The strength of the magnetic field applied to the magnetostrictive element was estimated to be about 2800 A/m (350 e) for directional electromagnetic steel sheet. The vibrator was vibrated at 0.5 G, and the peak voltage at the resonant frequency was measured with an oscilloscope.

磁歪材料として方向性電磁鋼板を使用したデバイスの共振周波数は103Hzであった。ピーク電圧は表18に示した。 The resonant frequency of the device using grain-oriented magnetic steel sheet as the magnetostrictive material was 103 Hz. The peak voltage is shown in Table 18.

Figure 0007557357000018
Figure 0007557357000018

表18の結果から明らかなように、本発明の磁歪素子を用いたデバイスは、外部振動に対して、500mV以上の発電性能を示した。 As is clear from the results in Table 18, devices using the magnetostrictive element of the present invention demonstrated a power generation performance of 500 mV or more in response to external vibration.

また、デバイス1800は、実施例17のデバイス1600に比べて、磁石と方向性電磁鋼板との間に弾性材料(非磁性材料であるSUS304)が無いため、磁気的なギャップの影響が小さくなる。そのため、デバイス1600で使用したNdFeB磁石に比べてサイズの小さな磁石を使用することができた。 In addition, compared to device 1600 of Example 17, device 1800 does not have an elastic material (SUS304, a non-magnetic material) between the magnet and the directional electromagnetic steel plate, so the effect of the magnetic gap is smaller. Therefore, it was possible to use magnets that are smaller in size than the NdFeB magnets used in device 1600.

(実施例20)
実施例20において、方向性電磁鋼板を電磁鋼板1921(磁歪材料)として用い、非磁性材料であるSUS304を弾性材料1922として用い、SUS304のブロックを支柱1980として設けた、図19に示した構造を有する磁歪発電デバイス1900を作製した。
(Example 20)
In Example 20, a magnetostrictive generating device 1900 having the structure shown in Figure 19 was produced, in which a grain-oriented electromagnetic steel sheet was used as the electromagnetic steel sheet 1921 (magnetostrictive material), SUS304, a non-magnetic material, was used as the elastic material 1922, and SUS304 blocks were provided as the supports 1980.

図19のデバイスは、実施例19と実質的に同様に作製したが、但し、フレーム1930を形成した後に、SUS304のブロックを支柱1980として弾性材料1922(SUS304)にエポキシ系の接着剤を用いて貼り付けた。 The device in FIG. 19 was fabricated in substantially the same manner as in Example 19, except that after forming the frame 1930, blocks of SUS304 were attached to the elastic material 1922 (SUS304) as supports 1980 using an epoxy adhesive.

実施例19と同様に磁歪発電デバイス1900を評価したところ、共振周波数は169Hzであった。ピーク電圧は表19に示した。 When the magnetostrictive power generating device 1900 was evaluated in the same manner as in Example 19, the resonant frequency was 169 Hz. The peak voltage is shown in Table 19.

Figure 0007557357000019
Figure 0007557357000019

表19の結果から明らかなように、本発明のデバイスは、外部振動に対して、500mV以上の発電性能を示した。本実施例においては、SUS304のブロックを支柱としてSUS304にエポキシ系の接着剤を用いて貼り付けたため、振動させる積層体の長さが短くなって、共振周波数を図18のデバイス1800の103Hzから169Hzに大きくすることができた。共振周波数が大きくなって振幅が小さくなったため発生電圧のピーク値は表18の992mVに比べて897mVと小さくなったが500mV以上の発電性能を示した。 As is clear from the results in Table 19, the device of the present invention exhibited a power generation performance of 500 mV or more in response to external vibration. In this example, SUS304 blocks were used as supports and attached to SUS304 with an epoxy adhesive, which shortened the length of the vibrating laminate and made it possible to increase the resonance frequency from 103 Hz in device 1800 in Figure 18 to 169 Hz. Because the resonance frequency increased and the amplitude decreased, the peak value of the generated voltage was 897 mV, which was smaller than the 992 mV in Table 18, but still demonstrated a power generation performance of 500 mV or more.

(実施例21)
実施例11~実施例20で作製したデバイスのそれぞれに対して、加振機を用いて連続的に振動を与えた。
(Example 21)
Each of the devices produced in Examples 11 to 20 was subjected to continuous vibration using a vibrator.

その結果、フレームの少なくとも一部が、磁歪部から延びた電磁鋼板と、応力制御部から延びた弾性材料とを含む積層体で構成されている実施例11~20のデバイスは、いずれも、24時間経過した後でも問題なく動作していた。 As a result, all of the devices in Examples 11 to 20, in which at least a portion of the frame was composed of a laminate including an electromagnetic steel plate extending from the magnetostrictive section and an elastic material extending from the stress control section, continued to function without problems even after 24 hours had passed.

本発明によって、低コスト且つ耐久性に優れ、従来の磁歪発電デバイスと同等またはそれらを超える発電量を達成しうる、性能の安定な磁歪発電デバイスが提供される。本発明の発電用磁歪素子は、従来の磁歪素子よりも低コストでありながら、従来と同等またはそれらを超える発電量の達成を可能にすることから、IoT等における無線センサモジュールのみならず、様々な機器の電源として有用である。 The present invention provides a magnetostrictive power generation device with stable performance that is low-cost, highly durable, and capable of generating power equivalent to or exceeding that of conventional magnetostrictive power generation devices. The magnetostrictive power generation element of the present invention is less expensive than conventional magnetostrictive elements, yet capable of generating power equivalent to or exceeding that of conventional elements, making it useful not only for wireless sensor modules in IoT and the like, but also as a power source for various devices.

100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600,1700、1800、1900 磁歪発電デバイス
110、210、310、410、510、610、710、810、910、1010、1110、1210、1310、1410、1510、1610、1710、1810、1910、 発電用磁歪素子
111、211、311、411、511、611、711、811、911、1011、1111、1211、1311、1411、1511、1611、1711、1811、1911 磁歪部(電磁鋼板)
112、212、312、412、512、612、712、812、912、1012、1112、1212、1312、1412、1512、1612、1712、1812、1912 応力制御部(弾性材料)
120、220、320、420、520、620、720、820、1020、1120、1220、1320、1420、1520、1620、1720、1820、1920 積層体
121、221、321、421、521、621、721、821、1021、1121、1221、1321、1421、1521、1621、1721、1821、1921 電磁鋼板
122、222、322、422、522、622、722、822、922、1022、1122、1222、1322、1422、1522、1622、1722、1822、1922 弾性材料
130、230、330、430、530、630、730、830、930、1030、1130、1230、1330、1430、1530、1630、1730、1830、1930 フレーム
140、240、340、440、550、640、740、840、940、1040、1140、1240、1340、1440、1540、1640、1740、1840、1940 錘
150、250、350、450、550、650、750、850、950、1050、1150、1250、1350、1450、1550、1650、1750、1850、1950
磁石
160、260、360、460、560、660、760、860、960、1060、1160、1260、1360、1460、1560、1660、1760、1860、1960検出用コイル
170、270、370、470、570、670、770、870、970、1070、1170、1270、1370、1470、1570、1670、1770、1870、1970 固定部
780、880、1180、1380、1580、1780、1980 支柱
100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900 Magnetostrictive power generation device 110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810, 910, 1010, 1110, 1210, 1310, 1410, 1510, 1610, 1710, 1810, 1910, Magnetostrictive element for power generation 111, 211, 311, 411, 511, 611, 711, 811, 911, 1011, 1111, 1211, 1311, 1411, 1511, 1611, 1711, 1811, 1911 Magnetostrictive part (magnetic steel plate)
112, 212, 312, 412, 512, 612, 712, 812, 912, 1012, 1112, 1212, 1312, 1412, 1512, 1612, 1712, 1812, 1912 Stress control section (elastic material)
120, 220, 320, 420, 520, 620, 720, 820, 1020, 1120, 1220, 1320, 1420, 1520, 1620, 1720, 1820, 1920 Laminate 121, 221, 321, 421, 521, 621, 721, 821, 1021, 1121, 1221, 1321, 1421, 1521, 1621, 1721, 1821, 1921 Electromagnetic steel sheet 122, 222, 322, 422, 522, 622, 722, 822, 922, 1022, 1122, 1222, 1322, 1422, 1522, 1622, 1722, 1822, 1922 Elastic material 130, 230, 330, 430, 530, 630, 730, 830, 930, 1030, 1130, 1230, 1330, 1430, 1530, 1630, 1730, 1830, 1930 Frame 140, 240, 340, 440, 550, 640, 740, 840, 940, 1040, 1140, 1240, 1340, 1440, 1540, 1640, 1740, 1840, 1940 950, 1050, 1150, 1250, 1350, 1450, 1550, 1650, 1750, 1850, 1950
Magnet 160, 260, 360, 460, 560, 660, 760, 860, 960, 1060, 1160, 1260, 1360, 1460, 1560, 1660, 1760, 1860, 1960 Detection coil 170, 270, 370, 470, 570, 670, 770, 870, 970, 1070, 1170, 1270, 1370, 1470, 1570, 1670, 1770, 1870, 1970 Fixing part 780, 880, 1180, 1380, 1580, 1780, 1980 Support

Claims (9)

電磁鋼板で形成された磁歪部、および弾性材料で形成された応力制御部を有する発電用磁歪素子と、
前記発電用磁歪素子と連続したフレームと
を備える磁歪発電デバイスであって、
前記フレームの少なくとも一部が、前記磁歪部から延びた前記電磁鋼板と、前記応力制御部から延びた前記弾性材料とを含む積層体で構成されている、
磁歪発電デバイス。
a magnetostrictive element for power generation having a magnetostrictive portion formed of an electromagnetic steel plate and a stress control portion formed of an elastic material;
A magnetostrictive power generation device including the magnetostrictive element for power generation and a continuous frame,
At least a portion of the frame is composed of a laminate including the electromagnetic steel plate extending from the magnetostrictive portion and the elastic material extending from the stress control portion.
Magnetostrictive power generation device.
前記電磁鋼板が方向性電磁鋼板である、請求項1に記載のデバイス。 The device according to claim 1, wherein the magnetic steel sheet is a grain-oriented magnetic steel sheet. 前記電磁鋼板が無方向性電磁鋼板である、請求項1に記載のデバイス。 The device according to claim 1, wherein the electrical steel sheet is a non-oriented electrical steel sheet. 前記弾性材料が非磁性材料である、請求項1~3のいずれか一項に記載のデバイス。 The device according to any one of claims 1 to 3, wherein the elastic material is a non-magnetic material. 前記フレームの全体が、前記磁歪部から延びた前記電磁鋼板と一体構成である、請求項1~4のいずれか一項に記載のデバイス。 The device according to any one of claims 1 to 4, wherein the entire frame is integral with the electromagnetic steel plate extending from the magnetostrictive portion. 前記フレームの全体が、前記応力制御部から延びた前記弾性材料と一体構成である、請求項1~4のいずれか一項に記載のデバイス。 The device according to any one of claims 1 to 4, wherein the entire frame is integral with the elastic material extending from the stress control portion. 前記フレームの全体が、前記発電用磁歪素子と一体構成である、請求項1~4のいずれか一項に記載のデバイス。 The device according to any one of claims 1 to 4, wherein the entire frame is integral with the magnetostrictive element for power generation. 前記フレームが少なくとも1か所の曲部を有する形状であり、前記フレームおよび前記発電用磁歪素子において、前記電磁鋼板が前記デバイスの内側に位置し、前記弾性材料が前記デバイスの外側に位置する、請求項1~7のいずれか一項に記載のデバイス。 The device according to any one of claims 1 to 7, wherein the frame has a shape with at least one curved portion, and in the frame and the magnetostrictive element for power generation, the electromagnetic steel sheet is located inside the device, and the elastic material is located outside the device. 前記フレームが少なくとも1か所の曲部を有する形状であり、前記フレームおよび前記発電用磁歪素子において、前記弾性材料が前記デバイスの内側に位置し、前記電磁鋼板が前記デバイスの外側に位置する、請求項1~7のいずれか一項に記載のデバイス。 The device according to any one of claims 1 to 7, wherein the frame has a shape with at least one curved portion, and in the frame and the magnetostrictive element for power generation, the elastic material is located inside the device, and the electromagnetic steel sheet is located outside the device.
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