CN109075724B - 发电元件、发电元件的制造方法以及致动器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种逆磁致伸缩型的发电元件、发电元件的制造方法以及致动器，所述发电元件能够增加电动势并降低制造成本从而可以实现量产。本发明的发电元件包括：磁轭框架，该磁轭框架由磁性材料制成，并具有用于形成闭合磁回路的屈曲部；磁性部，形成在所述磁轭框架的一部分中；磁致伸缩板，由磁致伸缩材料制成；线圈；以及磁体，其中，所述磁性部具有用于向所述磁致伸缩板施加均匀的压缩力或拉伸力的刚性和形状，并且由于所述磁体的磁偏而达到磁饱和状态，所述磁致伸缩板安装在所述磁轭框架上并与所述磁性部平行，所述线圈卷绕在由所述磁致伸缩板和所述磁性部形成的平行梁部和/或所述磁轭框架上，当施加外力时所述磁致伸缩板伸长或收缩从而进行发电。

Description

发电元件、发电元件的制造方法以及致动器

技术领域

本发明涉及利用逆磁致伸缩效应的发电元件，特别涉及能够增加电动势并降低制造成本从而可以实现量产的发电元件、发电元件的制造方法以及致动器。

背景技术

近几年，利用身边的振动所开发的发电技术取得进展，其中的一种技术利用强磁体的磁致伸缩效应。

磁致伸缩效应是指当对强磁体施加磁场时(当强磁体被磁化时)产生变形的效果，由磁致伸缩效应引起的产生大量变形的材料被称为磁致伸缩材料。

磁致伸缩材料还具有逆磁致伸缩效应，该效应是由于外力的施加导致内部产生压缩/拉伸的应力而变形，并极大地改变磁化(磁力线)，例如，还存在受到压缩力之后改变1特斯拉以上的磁力线的材料。利用逆磁致伸缩效应所产生的磁通量的时间变化的发电元件，可以在施加很小的外力的情况下高效地发电，因此备受瞩目。(专利文献1和2)

图33表示利用逆磁致伸缩效应的发电元件的一般结构。

该发电元件200大致由发电部201、框架202以及磁体203构成。

发电部201包括：磁致伸缩棒201a，由磁致伸缩材料制成；线圈201b，卷绕在磁致伸缩棒201a上；以及磁棒201c，具有用于向磁致伸缩棒201a施加均匀的压缩力或拉伸力的刚度和形状，并且与磁致伸缩棒201a平行布置。

框架202由屈曲成コ字形状的磁性材料制成，其一端是固定端，另一端是自由端，其间具有屈曲部分。通过切除框架202的外表面的一部分来形成凹部，并且将磁致伸缩棒201a配合在该凹部中，其两端通过焊锡或焊接等方法接合到框架202。此外，通过将磁体203安装在框架202的内侧面，使框架202的一部分具有背轭的功能，并且，在未安装该磁体203的一侧的内侧面和该磁体203之间形成间隙204。

另外，形成一种构造，该构造通过向框架202的一部分施加外力来振动框架202，并利用逆磁致伸缩效应使发电部201发电。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本第4905820号发明专利公报

专利文献2：国际专利申请第2015/141414号公开公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，上述现有技术具有以下的问题。

即，作为用于增加发电部中的电动势(电压)的方法，可以考虑增加线圈的匝数，但是，由于需要将线圈放置在夹在磁致伸缩棒和磁棒之间的空间中，所以存在难以大幅增加线圈的匝数的问题。此外，还可以考虑通过减小线圈的线径来增加匝数，但是，也存在线径的减小导致线圈的电阻增加的问题。

另外，当通过焊锡或焊接等方法将磁致伸缩棒的两端连结到框架时，还存在温度的升高使线圈的包覆层熔化的问题。

另外，由于形状变得复杂，例如，通过切掉框架的一部分来形成凹部，因此，框架的制造过程中需要进行电火花线切割加工等花费时间的工序，这也成为增加发电元件的制造成本的一个原因。

考虑到这些问题，本发明的目的在于提供一种增加电动势并降低制造成本从而可以实现量产的逆磁致伸缩型的发电元件、发电元件的制造方法以及致动器。

解决问题的技术手段

本发明的发电元件是一种逆磁致伸缩型的发电元件，包括：磁轭框架，由磁性材料形成，并具有用于形成闭合磁回路的屈曲部；磁性部，形成在所述磁轭框架的一部分中；磁致伸缩板，由磁致伸缩材料制成；线圈；以及磁体，其特征在于，所述磁性部具有用于向所述磁致伸缩板施加均匀的压缩力或拉伸力刚性和形状，并且，由于所述磁体的磁偏而达到磁饱和状态，所述磁致伸缩板安装在所述磁轭框架上并与所述磁性部平行，所述线圈卷绕在由所述磁致伸缩板和所述磁性部构成的平行梁部和/或所述磁轭框架上，当施加外力时所述磁致伸缩板伸长或伸缩，从而进行发电。

另外，其特征在于，还具备叠层部，该叠层部为所述平行梁部，通过在所述磁性部的表面上层叠所述磁致伸缩板而成。

另外，其特征在于，具有コ字形结构的背轭，所述磁体安装在所述背轭的各端部，所述背轭由所述磁轭框架支撑，使得这两个磁体处在以具有间隙的状态夹所述磁轭框架的侧面的位置。

另外，其特征在于，所述磁轭框架的被所述两个磁体夹的部分的宽度发生变化，当所述磁轭框架移动时所述间隙的宽度发生变化。

另外，其特征在于，所述线圈固定在所述磁轭框架的固定端侧，使得所述线圈的空芯部和所述平行梁部之间保持间隙。

另外，其特征在于，通过连结两个以上的部件构成所述磁轭框架。

另外，其特征在于，所述磁轭框架的一部分在其宽度方向变窄和/或在其厚度方向变薄，并将所述变窄的部分和/或变薄的部分作为所述磁性部。

另外，其特征在于，所述磁性部的宽度和所述磁致伸缩板的宽度相同，并且，在所述磁轭框架中，除所述磁性部以外的部分，即，作为所述闭合磁回路的磁路发挥作用的部分的宽度是所述磁性部的宽度的两倍以上。

另外，其特征在于，所述磁轭框架包括两个以上的所述自由端和一个所述固定端，而且所述平行梁部设置在一个以上的所述自由端侧。

另外，其特征在于，所述磁体是电磁体。

另外，其特征在于，用于施加外力的开关机构设置在所述磁轭框架的一部分中。

本发明的发电元件的制造方法，其特征在于，在所述发电元件的制造方法中，通过塑性加工制造所述磁轭框架。

另外，其特征在于，通过折弯加工将所述磁轭框架成型为コ字形状。

另外，其特征在于，从所述磁轭框架的端部插入所述线圈，并移动到所述平行梁部后进行固定。

本发明的致动器，其特征在于，具有与所述发电元件相同的结构，当所述线圈通电时所述磁致伸缩板伸缩，从而使所述磁轭框架的自由端发生振动。

发明效果

在本发明的发电元件中，利用磁体的磁偏使磁性部达到磁饱和状态。如果在磁性部没有达到磁饱和的状态下激励发电元件，则由磁致伸缩板产生的磁通量流到磁性部，从而形成新的环路，导致电动势变小。通过使磁性部达到磁饱和状态，可以防止形成新的环路，并可以增加电动势。

图34表示磁化曲线的曲线图。

该图表示FeGa合金在无负荷(0MPa)、压缩力(-20MPa)及拉伸力(20MPa)条件下的磁化曲线与SPCC材料的磁化曲线之间的关系。

压缩力(-20MPa)和拉伸力(20MPa)表示发电元件被施加外力时振动而产生的变形，这种程度的应力可以使磁通密度变化。

由于SPCC材料是磁性材料而不是磁致伸缩材料，因此，即使产生应力，磁化曲线也不会发生变化。

当平行梁部的FeGa合金的磁致伸缩板和SPCC材料的磁轭框架中的磁性部长度相同时，通过磁偏向FeGa合金和SPCC材料施加相同的磁场。例如，当施加虚线(约3kA/m)所示的磁场时，FeGa合金在应力的作用下其磁通密度在○-○之间发生变化，但是，SPCC材料的磁性部由于处在磁饱和状态，如□所示，其磁通密度几乎不受应力的影响，几乎不发生变化。

另一方面，在磁轭框架中除磁性部以外的部分处于■所示的状态，宽度为磁致伸缩板及磁性部(平行梁部)的宽度的两倍以上，因此，其没有达到磁饱和状态，具有通过磁通量的变化的功能。

在本说明书中，磁性部“达到磁饱和状态”是指图中由虚线框所围绕的状态，与振动所导致的磁致伸缩板的磁通密度变化相比，磁性部的磁通密度没有发生太大变化时(例如，10％以下)，认为磁性部处于磁饱和状态。

另外，如上所述，在传统的发电元件中，由于线圈仅卷绕在磁致伸缩棒(磁致伸缩板)上，因此，需要将线圈收纳在由磁致伸缩棒和磁棒所夹的空间内。

另一方面，由于本发明的发电元件将线圈卷绕在平行梁部和磁轭框架上，因此，线圈的厚度不受限制，而且可以大幅增加线圈的匝数。此外，可以使用较大线径的线圈。因此，可以增加电动势并减小线圈的电阻。

另外，如上所述，在传统的发电元件中，由于将空芯的线圈插入磁致伸缩棒后，通过焊接等方法将磁致伸缩棒的两端接合到磁轭框架上，因此，存在线圈的包覆层可能会被熔化的缺陷。

另一方面，根据本发明的发电元件，在对平行梁部卷绕线圈时，将磁致伸缩板的两端接合到磁轭框架之后，只要将空芯的线圈从磁轭框架的端部插入并移动到平行梁部即可，所以，线圈的包覆层就不会受热而熔化。因此，可以降低发电元件的制造成本，从而能够实现量产。

特别是，在平行梁部中，通过使用在磁性部的表面上层叠磁致伸缩板而成的叠层部，能够将磁致伸缩板牢固地固定在磁轭框架(磁性部)上。此外，与将磁致伸缩板的两端接合到磁轭框架的结构相比，在使用叠层部的情况下，磁致伸缩板的两端不会发生应力集中，或者，振动时平行梁部不会产生扭曲变形，因此，容易发生振动。

此外，可以使用コ字形的背轭，将安装在背轭两个端部的各磁体布置成以有间隙的状态夹磁轭框架的侧面。

将磁体布置在磁轭框架的内表面时，可以预料：在发生振动时，磁轭框架在磁力作用下被拉伸而产生变形，磁体和磁轭框架之间的间隙会消失(磁体接触磁轭框架)。

对此，使用被安装在コ字形状背轭的两个端部的磁体并在磁轭框架的侧面和磁体之间设置间隙，从而可以防止在振动时磁体与磁轭框架之间发生接触的状况。

另外，在背轭形成为コ字形状的情况下，通过增加其厚度来提高刚度，从而可以减少背轭的变形量，并缩小间隙。

通过在背轭设置两个磁体并使该二者夹磁轭框架，可以抵消由磁力引起的拉伸力的影响，而且，由于磁路的面积可以变成两倍，因此，磁阻可以减半。

另外，可以通过改变磁轭框架的一部分，即，被夹背轭的两个磁体之间的部分的宽度，并移动背轭以改变两个磁体的位置，从而改变间隙的宽度。

在这种情况下，当间隙的宽度发生变化时，磁通密度也随之发生变化，因此，可以利用这种效应来调整磁性部的磁偏。

另外，如果将线圈固定到磁轭框架的固定端侧并使线圈的空芯内部和平行梁部之间保持间隙，则能够形成线圈不会被振动的平行梁部干扰的构造。因此，可以增加振动频率并增加产生的电压。

此外，可以通过连结两个以上的部件形成磁轭框架。例如，可以通过连结第一部件和第二部件来构成磁轭框架，其中，第一部件包括固定端，第二部件包括自由端。为更容易发生振动，最好用一体的部件来成型磁轭框架，但是，例如，在将磁轭框架折弯加工成为コ字形状时，容易在屈曲部分产生裂缝，这将导致耐久性降低，制造成本增加。因此，从减少折弯加工从而提高耐久性和降低制造成本的观点来看，优选为将磁轭框架分成多个部件。

另外，通过将部件分成多个部分，可以从各部件的端部插入空芯的线圈，或通过使用绕线机将线圈直接卷绕在平行梁部上，因此，可以提高生产力和结构自由度。

此外，一般情况下，为了降低线圈的电阻，磁轭框架的横截面尽可能接近正方形为宜。在由第一部件和第二部件构成磁轭框架的情况下，例如，通过将形成平行梁部的第一部件的截面形成为扁平的形状，可以增加磁致伸缩板的伸长量和收缩量，使卷绕线圈的第二部件的截面成为正方形，可以根据第一部件和第二部件的功能改变部件的截面形状。

如果通过扩大彼此之间的接触面积来连结第一部件和第二部件，则可以获得与使用一体的部件所形成的磁轭框架相同的功能。

另外，可以使磁轭框架的一部分在其宽度方向上变窄和/或在其厚度方向上变薄，并将所述变窄的部分和/或变薄的部分作为磁性部。

通常的平行梁部在磁致伸缩板和磁性部件之间设置有空间，在这种情况下，磁致伸缩板的两端和磁轭框架之间的接合部分可能产生由于振动引起的剥离或龟裂现象。

因此，作为本发明的一个实施例，例如，如图35(a)至35(d)所示，磁轭框架30的一部分仅在其宽度方向上变薄而不在其厚度方向上变薄，且将该变薄的部分作为磁性部31，在这种情况下，平行梁部80就形成如下结构，即，磁致伸缩板20紧贴磁性部31的表面。这种状态下，平行梁部80在与其长度方向正交的平面上的截面形状基本为T字形状。当磁致伸缩板20和磁性部31紧贴并且平行梁部80的截面形状成T字形状时，可以提高平行梁部80的耐久性。

此外，在本发明中，当磁致伸缩板的长度方向和磁性部的长度方向相互平行时，认为磁致伸缩板和磁性部是平行的，在这种状态下，由磁致伸缩板和磁性部形成的部分表示为“平行梁部”。

另外，优选为使磁性部的宽度与磁致伸缩板的宽度相同，并且，在磁轭框架中，除磁性部之外的部分，即，作为所述闭合磁回路的磁路发挥作用的部分的宽度设置为所述磁性部的宽度的两倍以上。

在本发明中，利用磁体的磁偏使磁性部达到磁饱和状态，但是，在磁致伸缩板、线圈和磁轭框架中，不使磁性部以外的部分达到磁饱和状态。即，只要确保用作磁路的这些部分的宽度为磁性部的宽度的两倍以上，则可以防止这些部分达到磁饱和状态。

另外，磁轭框架具有两个以上的自由端和一个固定端，平行梁部可以设置在一个以上的自由端侧。此时，磁轭框架的形状接近音叉，振动时两个自由端以相同相位发生变形，因此，可以持续振动。

另外，磁体可以用电磁体来代替永磁体。其优点在于，可以通过调整电磁体线圈的流通电流来调整磁性部的磁偏量。

另外，如果发电元件的尺寸过大，很难使用钕铁硼系的永磁体。大尺寸的永磁体价格昂贵，而且受强磁力的影响，所以组装会变得困难。因此，大尺寸的发电元件适合采用电磁体。

另外，如果在磁轭框架的一部分设置用于施加外力的开关机构，那么，即使发电元件不固定在振动源等部件上，也可以通过操作开关机构将振动施加到磁轭框架来发电。

另外，作为所述发电元件的制造方法，可以通过塑性加工制造磁轭框架。塑性加工方法包括折弯加工、冲压加工等众所周知的方法。

对由磁性部件形成的金属板进行加工使其具有成为磁性部的部分，然后，通过冲压加工等方法冲压出磁轭框架的原型，并通过进行折弯加工等方法可以容易地制造磁轭框架。此外，考虑到制造的方便和成本，可以适当地改变工序，例如，在冲压出磁轭框架的原型之后形成磁性部。

特别是，如果通过折弯加工将磁轭框架成型为コ字形状，则可以减少部件的数量，此外，可以用更少的工序制造高效率的发电元件。

另外，通过使用从磁轭框架的端部插入空芯线圈且移动到平行梁部并固定的方法，相比在平行梁部的周围卷绕线圈的方法，可以降低制造成本。

对于上述结构的发电元件，对线圈通电而不是使磁轭框架振动，这样的话，通过线圈产生的磁场使磁致伸缩板伸缩并使磁轭框架的自由端振动，因此具有致动器的功能。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的发电元件的A-A'线剖视图(a)、侧视图(b)、B-B'线剖视图(c)及侧视图(d)，侧视图(d)中，移除了线圈的一部分，从而可以看到平行梁部的结构。

图2是表示振动前磁力线的流动的侧视图(a)和主视图(b)，以及振动期间磁力线的流动的侧视图(c)和主视图(d)。

图3是表示振动期间磁轭框架的变形状态的图(a)和图(b)。

图4是表示发电元件的制造方法的图(a)至图(g)。

图5是表示本发明的第二实施方式的发电元件的侧视图。

图6是表示本发明的第三实施方式的发电元件的侧视图。

图7是表示本发明的第四实施方式的发电元件的侧视图。

图8是表示本发明的第五实施方式的发电元件的侧视图(a)和其变形例的侧视图(b)。

图9是表示本发明的第六实施方式的发电元件的侧视图(a)和其变形例的侧视图(b)。

图10是表示本发明的第七实施方式的发电元件的侧视图(a)、后视图(b)以及磁轭框架的固定端侧的俯视图(c)。

图11是表示本发明的第八实施方式的发电元件的侧视图。

图12是表示本发明的第九实施方式的发电元件的侧视图。

图13是表示本发明的第十实施方式的发电元件的侧视图。

图14是表示本发明的第十一实施方式的发电元件的俯视图(a)和侧视图(b)。

图15是表示发电元件的制造方法的俯视图。

图16是表示在两个部分设置自由端的状态的俯视图(a)、侧视图(b)以及屈曲前的磁轭框架的俯视图(c)。

图17是表示设置电路元件后的状态的俯视图。

图18是表示磁轭框架由两个部件，即，棒状部件和屈曲部件构成的状态的俯视图(a)和侧视图(b)。

图19是表示本发明的第十二实施方式的发电元件的平面图(a)、A-A'线剖视图(b)以及屈曲前的磁轭框架的俯视图(c)。

图20是表示本发明的实施例一中使用的发电元件的侧视图。

图21是表示电压分布的曲线图。

图22是表示本发明的实施例二中使用的发电元件的照片。

图23是表示发电元件的侧视图。

图24是表示产生的电压和时间的关系的曲线图。

图25是表示发电元件的变形例的侧视图。

图26是表示本发明的实施例三的俯视图(a1)和A-A'线剖视图(a2)、发电元件的比较例的俯视图(b1)、(c1)和(d1)、A-A'线剖视图(b2)、(c2)以及(d2)。

图27是表示变形和磁通量的关系的曲线图(a)和(b)。

图28是表示本发明的实施例四中使用的发电元件的照片。

图29是表示电压/振动加速度的频率响应的曲线图。

图30是表示电压和移动加速度的时间变化的曲线图。

图31是表示本发明的实施例五中使用的发电元件的照片。

图32是表示产生的电压的时间变化的曲线图。

图33是传统的发电元件的侧视图(a)和侧视图(b)，侧视图(b)中，移除了线圈的一部分，从而可以看到平行梁部的结构。

图34是表示磁致伸缩板和磁轭框架的磁化曲线的曲线图。

图35是表示磁轭框架的变形例及其制造方法的图(a)至图(d)。

具体实施方式

[第一实施方式]

接下来，将说明本发明的发电元件的第一实施方式。

如图1(a)至图1(d)所示，本实施方式的发电元件1大致由磁致伸缩板20、磁轭框架30、磁性部31、背轭40、磁体50以及线圈60构成，当施加外力时，磁致伸缩板20伸长或收缩，并利用此时产生的逆磁致伸缩效应进行发电。此外，在图(1d)中，通过移除线圈60的一部分，从而可以看到平行梁部80的结构。在以下各图中也是同样的。

磁致伸缩板20是由磁致伸缩材料制成的棒状部件。由于磁致伸缩板20受到外力会收缩/伸长，因此，优选为使用具有延伸性的磁致伸缩材料。没有特别地限制磁致伸缩材料的类型，例如可以使用铁镓合金，此外，例如还可以使用铁钴合金、或可以使用Fe-Al合金、Fe-Si-B合金等众所周知的磁致伸缩材料。另外，不仅可以使用结晶态的材料，还可以使用非晶态的材料。此外，为了加大与拉伸应力相应的磁化变化，可以采用通过预先进行应力退火工序而附加了压缩应力的磁致伸缩材料。磁致伸缩板20的形状为棒状即可，例如，可以是长方体。

磁致伸缩板20可通过软钎焊、硬焊、电阻焊、激光焊接和超声波焊接等众所周知的方法安装到磁轭框架30的自由端侧的顶面。

磁轭框架30由磁性材料制成，其具备屈曲部200，并且侧视为コ字形状。磁轭框架30的磁性材料可以采用碳素钢(SS400、SC、SK材料)、铁素体不锈钢(SUS430)等材料。

以所谓的悬臂梁状态对磁轭框架30进行固定和支撑，使其长度方向(前后方向)基本为水平状态，其一端为固定端，另一端为自由端，屈曲部200被夹在其两端之间。在本发明中，“コ字形状”还包括所谓的“U形”，即，从磁轭框架30的自由端侧向固定端侧描画平滑曲线而成的形状，另外，还包括所谓的“V字形状”，即，自由端侧和固定端侧之间的距离从屈曲位置向自由端侧的端部和固定端侧的端部逐渐扩大而成的形状。

另外，磁轭框架30的自由端侧安装有用于调整共振频率的配重或振动板70，固定端侧安装有用于将发电元件固定到振动源71的金属配件72。

磁性部31是磁轭框架30的一部分，其形成在与磁致伸缩板20平行的位置，由磁性部31和磁致伸缩板20构成平行梁部80。

在本实施方式中，通过以厚度方向(上下方向)减薄磁轭框架30的自由端侧的一部分形成磁性部31。如上所述，由于磁轭框架30由磁性材料制成，因此，磁性部31也由磁性材料制成。

磁性部31所具有刚性和形状可使其在磁轭框架30被施加外力时能够对磁致伸缩板20的截面施加均匀的压缩力或拉伸力。即，对磁性部31进行设计使其具有下述刚度和形状：在上述平行梁部80被施加外力而发生挠曲时，使中性轴(应力为零时不发生收缩/伸长的轴)处于磁致伸缩板20的截面外部。

利用后述的磁体50的磁偏将磁性部31保持在磁饱和状态。在后文中对此进行详细说明。

背轭40由磁性材料制成，侧视时屈曲成コ字形状，磁体50设置在背轭40的一部分上。背轭40的“コ字形状”也包括与上述同样的“U字形状”和“V字形状”。

更具体地，如图1(c)所示，背轭40在其屈曲部分的内侧面被固定(连结)在磁轭框架30的自由端侧的顶面上。背轭40的两端部的内侧面上安装有磁体50。对各磁体50的安装位置进行调整，使其以空出间隙90的状态从左右夹磁轭框架30的固定端侧的侧面。

为了降低磁阻，优选的是，在确保磁体50和磁轭框架30在振动发生时互不干扰且不相互摩擦的范围内，尽可能窄地设置间隙90。

磁体50安装在背轭40上，以磁化磁致伸缩板20并磁化磁性部31使其达到磁饱和状态。在本实施方式中，磁体50使用永磁体50。

如图2所示，左右的磁体50所产生的磁力线(磁通量)形成一个通过背轭40、磁致伸缩板20及磁性部31的闭合磁回路，在后文中进行更详细的说明。

线圈60卷绕在平行梁部80上并以此状态予以固定。线圈60根据电磁感应定律产生与磁致伸缩板20内所通过的磁力线的时间变化成比例的电压。线圈60的材质并没有特别地限制，例如，可以使用铜线。另外，可以通过改变线圈60的匝数来调整电压的大小。

如图2(a)和图2(b)中的实线所示，在磁体50的磁动势作用下，磁通量流入磁轭框架30，再返回到磁体50，从而形成磁回路，由此，成为对各部分施加磁偏的状态。其中，磁轭框架30包括间隙90、背轭40及平行梁部80。

在构成平行梁部80的磁致伸缩板20和磁性部31中，具有适度磁通密度的磁通量在磁致伸缩板20中流动，磁性部31成为磁饱和状态。“适度磁通密度”是指，未达到磁饱和程度的磁通密度即可，优选为饱和磁通密度的一半左右。例如，在Fe-Ga合金的情况下，饱和磁通密度约为1.5T，因此，其一半即0.7T至0.8T左右为优选且适度的磁通密度。

如图3所示，当发电元件1经由金属配件72固定在振动源71的状态下通过施加外力进行激励时，与其质量和振动加速度成比例的惯性力作用在配重70上。例如，当惯性力向上时，平行梁部80在外力所形成的箭头所示屈曲力矩的作用下发生屈曲，磁轭框架30发生变形而使其两端部张开(图3(a))。此时，平行梁部80的中性轴(应力变为零)位于磁致伸缩板20和磁性部31之间，结果，磁致伸缩板20的内部应力变为均匀的压缩力。另一方面，当惯性力向下时，在箭头所示的屈曲力矩作用下，磁轭框架30发生变形而使得两个端部关闭(图3(b))。此时，磁致伸缩板20的内部应力变为均匀的拉伸力。因此，通过逆磁致伸缩效应，流过磁致伸缩板20的磁通量在前一种情况下减小，而在后一种情况下增加。

此外，磁致伸缩板的内部应力成为均匀的拉伸力或压缩力的条件是，应力变零的中性轴存在于平行梁部的间隙或磁性部中。

关于上述磁通量变化，如图2(c)和图2(d)所示，磁性部31几乎不发生变化，大部分磁通量在虚线所示的由空隙90、背轭40、磁致伸缩板20及磁轭框架30(除磁性部31之外的部分)构成的回路中环流。达到磁饱和状态的磁性部31其磁导率非常小且磁阻较大，因此，变化的磁通量不会流入磁性部31。

结果，磁致伸缩板20中产生的磁通量的变化与卷绕有线圈60的平行梁80的交链磁通量的变化相等，通过其时间变化，在线圈60中产生电动势(感应电压或感应电流)。

如上所述，本发明较大的特征在于使磁性部31达到磁饱和状态。如果在磁性部31没有达到磁饱和状态下激励发电元件1，则磁致伸缩板20产生的磁通量会流入磁性部31从而形成新的环路，由此，上述交链磁通量减少，电动势变小。

此外，在本发明中，利用磁体的磁偏使磁性部达到磁饱和状态，换句话说，这也意味着：磁致伸缩板、背轭和磁轭框架中除磁性部以外的部分并不是利用磁体的磁偏使其达到磁饱和状态的对象。

磁性部31的形状设计需要满足以下要求，即：在发电元件1进行发电时，在额定振动条件下，磁性部31达到磁饱和状态，且能够对磁致伸缩板20施加均匀的压缩或拉伸应力。作为一个例子，当使用Fe-Ga合金作为磁致伸缩板20的材料时，磁性部31的左右宽度优选为2mm左右，上下厚度优选为0.5mm左右。另外，当使用SUS430、SS400或SC50钢作为磁轭框架30的材料时，磁性部31的左右宽度为2mm，上下厚度为0.5mm，平行梁部80(磁致伸缩板20和磁性部31)的长度为7mm，磁致伸缩板20和磁性部31之间的空间优选为1mm左右。

接下来，将参考图4，对本实施方式的发电元件的制造方法进行说明。

首先，通过冲压加工将由磁性材料形成的金属板冲压成棒状。此时，通过切出一部分后变薄的部分成为磁性部31(图4(a)和(b))。

然后，将棒状部件沿其中央附近折弯而形成磁轭框架30(图4(c))。磁轭框架30的屈曲部分为屈曲部200。

优选的是，根据需要对磁轭框架30实施退火处理等的热处理以消除加工变形、恢复弹性、提高抗拉强度(弹性)，之后，实施防锈目的的表面处理。

此外，将另行制造的磁致伸缩板20通过焊接等方法接合到磁性部31的附近之后，根据需要进行电镀等防锈处理从而形成平行梁部80(图4(d))。

此后，从磁轭框架30的端部侧插入线圈60(图4(e))，将安装有两个磁体50的コ字形状的背轭40安装到磁轭框架30的自由端侧(图4(f))，在固定端侧安装用于振动源71的固定金属配件72，自由端侧根据需要安装配重70等部件来完成发电元件1(参照图4(g))。

如上所述，在本发明的发电元件1中，线圈60被卷绕在平行梁部80上，因此，可以大幅增加线圈60的匝数。

此外，在本实施方式中，虽然线圈60卷绕在自由端侧，但是，为避免振动，线圈60也可以设置在固定端侧或卷绕在背轭40上。另外，线圈60还可以卷绕在平行梁部80及磁轭框架30上、磁轭框架30及背轭40上、或者平行梁部80及背轭40上。并且，线圈60还可以同时卷绕在平行梁部80、磁轭框架30及背轭40上。除非另有说明，否则同样适用于以下的各实施方式。

另外，在本实施方式中，平行梁部80设置在磁轭框架30的自由端侧，但是不限于此，也可以设置在固定端侧。

[第二实施方式]

接下来，对本发明的发电元件的第二实施方式进行说明，用相同的标号表示与上述第一实施方式的结构相同的部分，且省略其详细说明。

如图5所示，本实施方式的发电元件2的特征在于，平行梁部80设置在磁轭框架30的屈曲部200上。

在平行梁部80中，磁致伸缩板20安装在磁轭框架30的屈曲部分的前面(外面)，磁性部31设置在磁轭框架30的屈曲部分的后面(内面)。

对该发电元件2施加外力时，可以在自由端侧的端部进行，或者，也可以与第一实施方式一样，在固定端侧的端部安装振动体，并使用该振动体施加外力。

如本实施方式所示，通过在屈曲部200设置平行梁部80，在振动时垂直作用于自由端侧的长度方向(前后方向)的力使得只有屈曲力矩只作用在平行梁部80，因此，可以提高发电效率。

[第三实施方式]

接下来，对本发明的发电元件的第三实施方式进行说明，用相同的标号表示与上述各实施方式的结构相同的部分，且省略其详细说明。

如图6所示，本实施方式的发电元件3的特征在于，背轭40安装在磁轭框架30的自由端侧的内面，磁体50安装在背轭40的前端。

在具有这种结构的情况下，在磁轭框架30发生变形使其两端部张开时，间隙90变宽且磁阻增加，因此，磁致伸缩板20的磁通密度减少。此外，如上所述，在压缩应力作用下，磁致伸缩板20的磁通密度减少。另一方面，在磁轭框架30发生变形使其两端闭合时，间隙90变窄且磁阻减小，因此，磁致伸缩板20的磁通密度增加。而且，如上所述，在拉伸应力作用下，磁致伸缩板20的磁通密度增加。这样，间隙90的宽度增大/减小所引起的磁通密度减小/增加、以及磁致伸缩棒产生的压缩应力/拉伸应力变化所引起的磁通密度的减小/增加这二者能够一致作用，因此，能够进一步增加电动势。

[第四实施方式]

接下来，对本发明的发电元件的第四实施方式进行说明，用相同的标号表示与上述各实施方式的结构相同的部分，且省略其详细说明。

如图7所示，本实施方式的发电元件4的特征在于，磁轭框架30的自由端侧的端部向上方屈曲。也可以在屈曲部分设置配重70。

第一实施方式的结构适合外力沿铅直方向(上下方向)作用于磁轭框架30的自由端侧，但是，在本实施方式的结构还能适应外力沿水平方向(前后方向)作用于自由端侧的端部。当外力沿水平方向作用在自由端侧的端部时，屈曲力矩作用在向上方屈曲的部分，在该屈曲力矩的作用下，整个磁轭框架30发生振动，拉伸/压缩应力作用在磁致伸缩板20。此外，如果将自由端侧的端部的屈曲部分的位置设置在固定支撑部分的正上方，则能够最大限度减小固定支撑部分所产生的屈曲力矩和剪切力，从而能够更容易发生振动。

[第五实施方式]

接下来，对本发明的发电元件的第五实施方式进行说明，用相同的标号表示与上述各实施方式的结构相同的部分，且省略其详细说明。

如图8(a)所示，本实施方式的发电元件5的特征在于：通过连结第一部件30a和第二部件30b而构成磁轭框架30，第一部件30a包括固定端，第二部件30b包括自由端；在成为自由端侧的第二部件30b的端部设置有磁体73，并且，在成为固定端侧的第一部件30a的一部分设置有沿长度方向延伸的开关板74。

开关板74由磁性材料制成，其可相对于磁体73自由拆装。所采用的结构为下述：将开关板74从被磁体73磁性吸附的状态沿箭头所示方向朝下按，即可解除其磁性吸附，自由端侧向上弹起从而发生振动。因此，通过打开/关闭开关这样的单击操作，就可以轻松获得电力。此外，在上述结构中，开关板74与发电元件5是不同的部件，但是，也可以如图8(b)所示那样，在开关板74的一部分安装磁体73，从而可将开关板74用作背轭40。

[第六实施方式]

接下来，对本发明的发电元件的第六实施方式进行说明，用相同的标号表示与上述各实施方式的结构相同的部分，且省略其详细说明。

如图9(a)所示，本实施方式的发电元件6的特征在于，磁轭框架30具有两个自由端和一个固定端，平行梁部80分别设置在两个自由端侧。

具体地，磁轭框架30通过连结第一部件32、第二部件33和第三部件34而成，其整体形状近似于音叉，其中，第一部件32包括固定端，第二部件33包括自由端。这种情况下，两个自由端在振动时以相同相位变形，因此，可以持续进行振动。

此外，也可以如图9(b)所示那样，磁轭框架30具有两个以上(例如，四个)的自由端。

[第七实施方式]

接下来，对本发明发电元件的第七实施方式进行说明，用相同的标号表示与上述各实施方式的结构相同的部分，且省略其详细说明。

如图10(a)至图10(c)所示，本实施方式的发电元件7的特征为，磁轭框架30的固定端侧的宽度向前端逐渐变窄，背轭40和两个磁体50的位置可变。

用于改变背轭40和磁体50的位置的机构并没有特别限制，例如，形成为下述结构即可：在背轭40的内侧面设置沿左右方向延伸的凸部，在磁轭框架30的自由端侧的表面设置沿左右方向延伸的凹部，将凸部嵌入凹部中，由此，背轭40在左右方向上的移动就可通过凹部来引导。

当背轭40沿左右方向移动时，两个磁体50的位置会发生变化，由此，间隙90的宽度也会发生变化。当间隙90的宽度变化时，磁通密度也会发生变化，因此，可以利用这种效应对磁性部31的磁偏进行调整。

[第八实施方式]

接下来，对本发明的发电元件的第八实施方式进行说明，用相同的标号表示与上述各实施方式的结构相同的部分，且省略其详细说明。

如图11所示，本实施方式的发电元件8的特征为，采用电磁体51来取代第三实施方式的发电元件3被安装在背轭40上的磁体50，另外，电磁体51和线圈60一起卷绕在磁轭框架30的自由端上。

可以通过调整电磁体51的线圈中的流通电流对磁性部31的磁偏量进行调整。

[第九实施方式]

接下来，对本发明的发电元件的第九实施方式进行说明，用相同的标号表示与上述各实施方式的结构相同的部分，且省略其详细说明。

如图12所示，在本实施方式的发电元件9中，磁轭框架30由棒状部件35和屈曲部件36构成。

棒状部件35的一个端部安装在振动源71上，其另一个端部上安装有配重70。在棒状部件35的中央设置有平行梁部80，线圈60卷绕在该平行梁部80上。来自振动源71的振动传递到棒状部件35，在平行梁部80进行发电。

本实施方式的发电元件9可以通过配重70调整共振频率，而且可以像普通悬臂梁一样进行使用。

[第十实施方式]

接下来，对本发明的发电元件的第十实施方式进行说明，用相同的标号表示与上述各实施方式的结构相同的部分，且省略其详细说明。

如图13所示，本实施方式的发电元件10的特征在于，将第九实施方式的发电元件9的顶部和底部倒置，并且，将屈曲部件36的端部延长后安装配重70。

[第十一实施方式]

接下来，对本发明的发电元件的第十一实施方式进行说明，用相同的标号表示与上述各实施方式的结构相同的部分，且省略其详细说明。

如图14(a)和图14(b)所示，本实施方式的发电元件11的特征在于，通过在磁性部201的表面层叠磁致伸缩板20来形成叠层部202。

即，在上述第一实施方式等中，通过在厚度方向(上下方向)上减薄磁轭框架30的一部分来形成磁性部31，但是在本实施方式中，磁轭框架203的厚度均匀，因此，将其宽度较窄(较薄)的部分作为磁性部201使用。此外，磁致伸缩板20平行地层叠在该磁性部201的表面而形成叠层部202。这样，叠层部202是平行梁部80的从属概念，换句话说，平行梁部80包括叠层部202。

该发电元件11的制造方法，首先，如图15所示，通过冲压加工等众所周知的方法对板材进行裁切，使其一个端部变薄，然后，在虚线所示位置将板材向上折弯，从而形成U字形状的磁轭框架203。

变细部分为磁性部201。

磁致伸缩板20的宽度与磁性部201的宽度相等，并且，在磁轭框架203中，除磁性部201以外的部分，即，作为闭合磁回路的磁路发挥作用的部分的宽度是磁性部201的宽度的两倍以上。

此外，通过粘合剂或焊接等众所周知的方法将磁致伸缩板20牢固地贴合到磁性部201的表面，从而将磁性部201和磁致伸缩板20层叠在一起。

接下来，从自由端侧的端部插入线圈60，将其移动到可覆盖叠层部202的位置后进行固定。另外，从固定端侧的端部插入另一个线圈60a并将其固定在叠层部202的下方，从而形成为通过上下两个部分发电的结构。此外，线圈也可以仅设置上、下两处中的任意一者。

将磁轭框架203的固定端侧的端部设置为U字形状，并在该部分中插入螺栓轴(未图示)，由此可以固定发电元件11。

在本实施方式的发电元件11中，由于线圈60安装在叠层部202的周围，因此，可以增加线圈60的层厚(匝数)。而且，由于仅需要从磁轭框架203的端部插入并移动线圈60、60a，因此，可进一步降低制造成本，能够实现量产。

此外，使磁性部201的宽度小于其他部分的宽度，由此，使磁性部201更容易达到磁饱和状态(很难通过磁通量)，而其他部分难以达到磁饱和状态(磁通量容易通过)。另外，由于磁轭框架203的固定端侧的宽度比自由端侧的宽度大，因此，更容易用粘合剂或双面胶带进行固定。

另外，由于磁致伸缩板20层叠在磁性部201的表面，所以，与第一实施方式中所述的发电元件1那样仅将磁致伸缩板20的两个端部安装在磁轭框架30的顶面相比，磁致伸缩板20可以牢固地固定在磁轭框架203(磁性部201上。此外，在第一实施方式的发电元件1中，在振动期间，磁致伸缩板20的两个端部可能产生应力集中，或者，磁致伸缩板20可能会产生与磁性部31不同的扭曲变形。但是，在本实施方式的发电元件11中，不会产生应力集中或磁致伸缩板20的扭曲变形，因此，可以更容易地发生振动。

此外，可以如图(16a)至图16(c)所示那样设置两个自由端。此时，对板材进行裁切以形成两条与磁性部201对应的部分，在各磁性部201上层叠磁致伸缩板20后卷绕线圈60。通过调整被安装在各自由端侧的端部上的配重104的重量或调整自由端的长度，使两个自由端的共振频率变得不同，从而可以在很宽的频率范围内发电。可以设置三个以上的自由端。此外，也可以如图16(d)所示，仅设置一个叠层部202。

另外，如图17所示，在将电路元件204设置在磁轭框架203的固定端侧或者将发电元件11仅固定在磁轭框架203的固定端侧的端部的情况下，可以通过对磁轭框架203的一部分实施窄细化处理以防止振动能量的散失。

此外，还可以如图18(a)和图18(b)所示，磁轭框架205由板状部件205a和屈曲部件205b这两个部件构成。

板状部件205a的一个端部是自由端，另一个端部是固定端，其中央设置有叠层部202和线圈60。

屈曲部件205b的一端安装有磁体50，另一端固定在板状部件205a的固定端附近。

另外，还可以如图(18c)和图18(d)所示那样，在上下两个板状部件205c之间接合有连结部205d，或者，如图18(e)所示那样，由一片其中包括屈曲部的板状部件205e构成磁轭框架205。

[第十二实施方式]

接下来，对本发明的发电元件的第十二实施方式进行说明，用相同的标号表示与上述各实施方式的结构相同的部分，且省略其详细说明。

如图19(a)至图19(c)所示，本实施方式的发电元件12的特征在于，一片板材兼作磁轭框架206和开关机构207的一部分。

具体为，如图19(c)所示，通过将板材的一部分裁切成コ字形状，形成磁轭框架206的自由端和开关板207a，并通过将该部分屈曲成U字形状，从而将开关板207a之外的部分作为磁轭框架206。

如图19(a)和图19(b)所示，将磁轭207b安装在开关板207a的底面，并将磁体50安装在磁轭207b的一部分上。磁体50磁吸附在磁轭框架206的自由端。操作部207c安装在开关板207a的顶面。

当按下操作部207c时，磁轭框架206的自由端从磁体50脱离并自由振动，因此，可以在叠层部202发电。

实施例1

针对图20所示的发电元件100，改变单匝拾取线圈101的卷绕位置，并比较所产生的电压。

具体地，背轭103安装在コ字形状的磁轭框架102的自由端侧的内面，配重104安装在该自由端侧的端部。此外，平行梁部105设置在磁轭框架102的固定端侧，其端部固定在振动源106上。拾取线圈101分别卷绕在磁致伸缩板107、磁性部108、平行梁部105(磁致伸缩板107和磁性部108)以及磁轭框架102上。

各部件的材质和大小如下。

·磁致伸缩板107：宽度2mm、厚度0.5mm、长度13mm的铁镓合金(接合部的两端为3mm，通过焊接连结到磁轭框架102)。

·磁轭框架102：材质SK2(淬硬碳钢，磁性体)，宽度为2mm，厚度为1mm。配重104、背轭103及磁性部108一体成型。

·磁性部108：宽度为2mm，厚度为0.3mm。

·平行梁部105：磁致伸缩板107和磁性部108之间的空间的厚度为0.7mm。

·磁体109：由钕铁硼制成的永久磁体。宽度为2mm，长度为3mm，厚度为1mm。与磁轭框架102的间隙110的厚度为0.5mm。

当以322Hz的共振频率对振动源106进行驱动时，在磁致伸缩板107中交替产生均匀的拉伸和压缩应力，在逆磁致伸缩效应作用下，交变磁通量发生变化。并且，产生与磁通量的时间变化成比例的电压。由于拾取线圈101产生的电压与磁通量的时间变化一致，所以，将该值乘以匝数就可以算出所产生的(开路)电压。

图21表示电压的分布。

磁致伸缩板107和平行梁部105(磁致伸缩板107和磁性部108)的电压基本相同，但磁性部108的电压变小。这表示磁性部108处于磁饱和状态，因此，磁通量很难发生变化。即，由于磁性部108处于磁饱和状态，因此，平行梁部105(磁致伸缩板107和磁性部108)所产生的电压与磁致伸缩板107所产生的电压基本相同。

如上所述，传统的逆磁致伸缩型发电元件中，线圈仅卷绕在磁致伸缩板107上，这种情况下，线圈的厚度受平行梁部105的空间的厚度制约。但是，根据本发明，线圈卷绕在整个平行梁部105上，从而可以消除上述制约，这个原理通过本实施例得到了实证。

此外，虽然预期的磁轭框架102的电压将等于磁致伸缩板107的电压，但在本实施例的结构中，磁轭框架102的电压小于磁致伸缩板107的电压。可以推断出其原因是发生了磁通量的泄漏。可以通过改良磁回路来减少磁通量的泄漏。

如上所述，可知：在将线圈卷绕在平行梁部105上的情况下，可以获得与线圈卷绕在磁致伸缩板107时相同程度的电压，另外，将线圈卷绕在磁轭框架102上也可以获得一定程度的电压。

实施例2

如图22所示，制造了第十一实施方式中所示的发电元件11，并测量上下两个线圈的电压。图23是示意性地示出本实施例的发电元件的结构的图。

磁轭框架为U字形状，由0.5mm厚的SPCC(冷轧材料)成型。磁致伸缩板的宽度为2mm，厚度为0.5mm，长度为16mm，磁性部，即，可供层叠磁致伸缩板的部分的宽度同样为2mm，磁轭框架的除磁性部以外的部分的宽度为6mm。上侧线圈60(线圈1)的线径为0.05mm，层厚为1mm，长度为7mm，匝数为1700，下侧线圈60a(线圈2)的线径为0.05mm，层厚为1mm，长度为9mm，匝数为1800。永磁体的宽度为2mm，长度为3mm，厚度为2mm。此外，用于安装配重的L字形部件设置在磁轭框架的自由端侧的端部。

用螺栓固定磁轭框架的固定端侧，通过弹击自由端侧使其自由地振动，对所产生的电压进行测量，并将测量结果表示在图24中。以180Hz的频率振动，在线圈1中产生最大2V左右的电压。另外，线圈1和线圈2的电压波形大致相同，线圈2的电压小于线圈1的电压，其原因在于漏磁通。

以上，尽管漏磁通导致电压略微降低，但是可以确认，当磁致伸缩板中变化的磁通量流过U字形状的框架磁时，在线圈2也产生电压。

另外，为增加产生的电压可以增加振动频率，但是，实际上，由于卷绕在叠层部上的线圈1成为配重，因此，很难进一步增加频率。作为解决方法，可以如图25所示，在叠层部202和线圈1(60)之间设置间隙，从而形成为振动的叠层部202不会对线圈1带来干扰的结构(叠层部202在线圈1的空芯部分内振动的结构)。在这种情况下，可以通过使用垫片等方法将线圈1的下侧固定到磁轭框架的固定端侧，并且，并对磁轭框架的整个固定端侧也进行固定。

实施例3

如图26所示，制作了A至D的四种发电元件，并将应变和磁通量之间的关系表示在图表中。发电元件A至D的各磁轭框架的宽度T为6mm，使用2×3×2mm的钕磁体作为用于产生磁偏的永磁体。

图26(a1)和图26(a2)的发电元件A是通过层叠磁性部和磁致伸缩板而成的结构。磁性部处于磁饱和状态，除磁性部之外的磁轭框架的部分没有达到磁饱和状态。磁性部的宽度为2mm。

图26(b1)和图26(b2)所示的发电元件B的结构为：磁轭框架中直到屈曲部分为止的部分变细，这部分的宽度与磁性部宽度的宽度相同，均为2mm。磁性部和屈曲部分处于磁饱和状态。

图26(c1)和图26(c2)所示的发电元件C的结构为：磁轭框架的厚度为发电元件A的磁轭框架的厚度的两倍，并且，直到屈曲部分为止的部分变细，这部分的宽度与磁性部的宽度相同，均为2mm。磁性部和屈曲部分没有达到磁饱和状态。

图26(d 1)和图26(d 2)所示的发电元件D具有与发电元件A相同的形状，但是，磁轭框架是由非磁性材料SUS 304所形成的结构。另外，由于磁轭框架未起到磁回路的作用，因此，将永磁体布置在叠层部分的两端。

如上所述，发电元件A包含在本发明中，发电元件B至D不包括在本发明的发电元件中，其只是比较例。

在发电元件A至D中，磁致伸缩板均为2×0.5×16mm的Fe-Ga合金，发电元件A和B中的磁轭框架由0.5mm厚的SPCC板形成，发电元件C中的磁轭框架由1mm厚的SPCC板形成，发电元件D中的磁轭框架由SUS304板形成。

在发电元件A至D的各磁致伸缩板的中央粘合有应变仪。此外，在发电元件A至C中，在叠层部和磁轭框架的固定端侧分别卷绕有单匝拾取线圈1、2。在发电元件D中，在叠层部卷绕有单匝拾取线圈。

将发电元件A至D的固定端侧固定到振动器并进行激励，测量此时的应变(叠层部和磁轭框架的应变)与磁通量变化之间的关系(图27(a)和图27(b))。

在发电元件A的叠层部中，与发电元件B至D相比，磁通量相对于应变变化很大。可以看出，发电元件A的磁轭框架的固定端侧也发生了与叠层部同样程度的磁通量变化。

由于磁性部及其后的到屈曲部为止的部分处于磁饱和状态，未起到闭合磁回路的作用，因此，发电元件B的磁通量的变化在叠层部和磁轭框架的固定端侧都非常小。

由于磁性部和磁致伸缩板都没有达到磁饱和状态，磁致伸缩板的磁通量变化导致在磁性部中逆流并返回到磁致伸缩板从而形成局部闭合磁回路(整体上与外部的磁通量变化抵消)，因此，发电元件C的磁通量变化在叠层部和磁轭框架的固定端侧都很小。

由于非磁性板不通过磁通量，不形成闭合磁回路，因此，发电元件D的磁通量变化在叠层部和磁轭框架的固定端侧都很小。

如上所述，本发明的效果得到了实证。

实施例4

形成图28中所示的发电元件，获得图29中所示的电压/振动加速度的频率响应的曲线图、以及图30中所示的电压和运动加速度的时间变化的曲线图。

具体地，磁致伸缩板由Fe-Ga合金成型，尺寸为4mm(宽度)×0.5mm(厚度)×13mm(长度)，磁轭框架由SPCC成型，其厚度为0.5mm，磁性部的宽度与磁致伸缩板相同，均为4mm，其他部分为12mm。磁性部处于磁饱和状态，而磁性部以外的部分没有达到磁饱和状态。

将线径为0.05mm、层厚度为2mm、长度为7mm、匝数为3456匝的空芯线圈从后面插入叠层部并用硅胶进行固定。偏置永磁体使用4×3×2mm(厚度)的钕磁体。

通过L字形金属配件将7g的配重安装在磁轭框架的自由端。磁轭框架的屈曲部分的曲率半径为1.5mm，将直径为3mm的铁棒粘接到屈曲部的内面侧，从而抑制屈曲部的变形。

用螺钉固定磁轭框架的固定端的一端，并用振动器激励正弦波。

如图29所示，在电压/振动加速度(通过加速度拾取进行测量)的频率响应中存在38.2Hz的共振频率，并具有尖锐的共振(高Q值)。

接下来，在用38.2Hz、0.1G的正弦波激励时，产生如图30所示的最大1.34V的开路电压。由于线圈的电阻为400Ω，因此，通过开路电压的平方/(4×电阻)计算出的发电功率为1.12mW。

通过上述，成功地实现了一种振动发电装置，即使是在桥梁、汽车发动机、压缩机、生产机械等设备中产生的30Hz、0.1G左右的微小的加速度，该装置也能提供足够的电压和电力以供无线传感系统进行自主工作。

此外，在本实施例中，使用了冷轧材料SPCC作为磁轭框架的板材，但是，也可以使用高弹性的贝氏体钢或SK材料，减小磁轭框架的机械损失，从而进一步增加灵敏度。

实施例5

形成图31中所示的发电元件。该发电元件的结构与图28中的发电元件的结构基本相同，其不同之处在于，未在自由端侧设置用于增加共振频率的配重，另外，在屈曲部的内面侧未设置铁棒。

用螺钉将发电元件的固定端侧固定在假定为遥控器的壳体的丙烯酸板上。手持丙烯酸板并用手指(指甲)弹击其前端时，发电元件进行自由振动，并产生如图32所示的最大值27V、769Hz的自由振动的开路电压。振动产生约0.1秒。通过将磁轭框架设置为U字形状并设置叠层部以进行持续振动。

通过平方电压并将时间积分的值除以电阻得出的产生能量为1.8mJ，该值远大于使用遥控器进行一次无线传送所需的能量值0.2mJ。

将倍压整流电路和电容器安装在该发电元件并转换为直流电压提供到遥控器用无线模块(IM315TX：由Interplan公司制造)，根据这种结构，能够实现每次弹击时模块均会工作并进行信号发送。

通过上述，成功地实现了不需要电池的遥控器。

工业可利用性

本发明涉及能够增加电动势并降低制造成本从而可以进行量产的逆磁致伸缩型发电元件、发电元件的制造方法以及致动器，其具有工业上的可利用性。

标号说明

1～12 发电元件

20 磁致伸缩板

30 磁轭框架

30a 第一部件

30b 第二部件

31 磁性部

32 第一部件

33 第二部件

34 第三部件

35 棒状部件

36 屈曲部件

40 背轭

50 磁体

51 电磁体

60 线圈

60a 线圈

70 配重，振动板

71 振动源

72 金属配件

73 磁体

74 开关板

80 平行梁部

90 间隙

100 发电元件

101 拾取线圈

102 磁轭框架

103 背轭

104 配重

105 平行梁部

106 振动源

107 磁致伸缩板

108 磁性部

109 磁体

110 间隙

200 屈曲部

201 磁性部

202 叠层部

203 磁轭框架

204 电路元件

205 磁轭框架

205a 板状部件

205b 屈曲部件

205c 板状部件

205d 连结部

205e 板状部件

206 磁轭框架

207 开关机构

207a 开关板

207b 磁轭

207c 操作部

Claims (16)

1.一种逆磁致伸缩型的发电元件，其包括：磁轭框架，由磁性材料制成，并具有用于形成闭合磁回路的屈曲部；磁性部，形成在所述磁轭框架的一部分中；磁致伸缩板，由磁致伸缩材料制成；线圈；以及磁体，所述发电元件的特征在于，

所述磁性部具有用于向所述磁致伸缩板施加均匀的压缩力或拉伸力的刚性和形状，并且，由于所述磁体的磁偏而达到磁饱和状态，

所述磁致伸缩板安装在所述磁轭框架上并与所述磁性部平行，

所述线圈卷绕在由所述磁致伸缩板和所述磁性部形成的平行梁部上和/或卷绕在所述磁轭框架上，

当施加外力时所述磁致伸缩板伸长或收缩从而进行发电。

2.根据权利要求1所述的发电元件，其特征在于，所述平行梁部包括叠层部，通过在所述磁性部的表面上层叠所述磁致伸缩板形成所述叠层部。

3.根据权利要求1或2所述的发电元件，其特征在于，包括コ字形状的背轭，

其中，所述磁体安装在所述背轭的各端部，所述背轭由所述磁轭框架支撑，使得两个磁体中的每个磁体均与所述磁轭框架的侧面存在间隙，并将所述磁轭框架夹在所述两个磁体之间。

4.根据权利要求3所述的发电元件，其特征在于，所述磁轭框架的被所述两个磁体夹的部分的宽度发生变化，当所述磁轭框架移动时，所述间隙的宽度发生变化。

5.根据权利要求1所述的发电元件，其特征在于，所述线圈固定在所述磁轭框架的固定端侧，使得所述线圈的空芯部分的内侧和所述平行梁部之间保持间隙。

6.根据权利要求1所述的发电元件，其特征在于，所述磁轭框架由两个以上的部件连结而成。

7.根据权利要求1所述的发电元件，其特征在于，所述磁轭框架的一部分在宽度方向上变窄和/或在厚度方向上变薄，将所述变窄的部分和/或变薄的部分作为所述磁性部。

8.根据权利要求1所述的发电元件，其特征在于，所述磁性部的宽度和所述磁致伸缩板的宽度相等，并且，在所述磁轭框架中，除所述磁性部以外的部分，用作所述闭合磁回路的磁路的部分的宽度是所述磁性部的宽度的两倍以上。

9.根据权利要求1所述的发电元件，其特征在于，所述磁轭框架包括两个以上的自由端和一个固定端，所述平行梁部设置在一个以上的所述自由端侧。

10.根据权利要求1所述的发电元件，其特征在于，所述磁体是电磁体。

11.根据权利要求1所述的发电元件，其特征在于，用于施加外力的开关机构设置在所述磁轭框架的一部分中。

12.发电元件的制造方法，所述发电元件为根据权利要求1至11中的任一项所述的发电元件，其特征在于，通过塑性加工制造所述磁轭框架。

13.根据权利要求12所述的发电元件的制造方法，其特征在于，通过折弯加工将所述磁轭框架成型为コ字形状。

14.发电元件的制造方法，所述发电元件为根据权利要求1至11中的任一项所述的发电元件，其特征在于，从所述磁轭框架的一个端部插入所述线圈并将所述线圈移动到所述平行梁部后，固定所述线圈。

15.一种致动器，其特征在于，具备与权利要求1至11中的任一项所述的发电元件相同的结构，当所述线圈通电时所述磁致伸缩板伸缩，从而使所述磁轭框架的自由端发生振动。

16.一种逆磁致伸缩型的发电元件，其包括：磁轭框架，由磁性材料制成，并具有用于形成闭合磁回路的屈曲部；磁性部，形成在所述磁轭框架的一部分中；磁致伸缩板，由磁致伸缩材料制成；线圈；以及磁体，所述发电元件的特征在于，

所述磁性部的磁导率大于所述磁致伸缩板的磁导率，所述磁性部具有用于向所述磁致伸缩板施加均匀的压缩力或拉伸力的刚性和形状，

所述磁致伸缩板安装在所述磁轭框架上并与所述磁性部平行，

所述线圈卷绕在由所述磁致伸缩板和所述磁性部形成的平行梁部上和/或卷绕在所述磁轭框架上，

当施加外力时所述磁致伸缩板伸长或收缩从而进行发电。

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