CN116685856A - 发电元件、磁传感器、编码器及电动机 - Google Patents
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Abstract
发电元件具有：磁性部件，其由产生大巴克豪森效应的磁性材料构成；发电用线圈，经过磁性部件的磁通进行交链；以及2个聚磁部件，它们具有供磁性部件插入贯穿的插入贯穿部，以通过将磁性部件插入贯穿于插入贯穿部而与磁性部件接触的方式设置于磁性部件的两端部，包含软磁性材料。聚磁部件在将经过具有与第3方向的插入贯穿部的长度相同的直径且与插入贯穿部内切的假想的内切圆的中心，与将第2方向设为法线矢量的假想的面平行的假想的面设为边界面的情况下，具有从边界面处于磁场产生部的相反侧的第1结构部和从边界面处于磁场产生部侧的第2结构部，该第3方向是与插入贯穿部中的供磁性部件插入贯穿的方向即第1方向和在从聚磁部件观察时对将磁场施加至磁性部件的磁场产生部进行配置的方向即第2方向这两者垂直的方向。第2结构部的体积大于第1结构部的体积。
Description
技术领域
本发明涉及通过磁体的磁化方向的反转而使线圈产生电动势的发电元件、磁传感器、编码器及电动机。
背景技术
大巴克豪森效应是与外部磁场的变化相应地使磁化方向急剧反转的现象。已知具有由产生该大巴克豪森效应的磁性材料构成的磁性部件、和在磁性部件的周围由导电性线构成的发电用线圈的发电元件。在该发电元件中，如果将来自磁场产生部的外部磁场施加至磁性部件而通过大巴克豪森效应使磁性部件的磁化方向反转，则通过电磁感应在发电用线圈产生电动势。
但是，在作为磁场产生部而使用大于或等于2极磁铁的情况下，如果使磁铁旋转，则产生大巴克豪森效应的磁铁的旋转相位根据旋转方向而不同，在旋转相位中产生相位差。另外，在将发电元件配置于从磁铁的旋转中心沿径向方向移动后的位置的情况下，磁铁的外部磁场与磁铁的旋转中心相比配置有发电元件的位置变弱。在该情况下，相对于磁铁的旋转相位，对磁性部件施加的磁铁的外部磁场的变化变得缓慢，因此根据磁铁的旋转方向，产生大巴克豪森效应的磁铁的旋转相位的相位差也增加。即，在发电用线圈中产生电动势的磁铁的旋转相位的相位差也增加。因此，为了减小在发电用线圈中产生电动势的磁铁的旋转相位的相位差，要求增加对磁性部件施加的外部磁场的技术。
在专利文献1中公开了一种磁性构造体，即，在磁性部件的两端部配置圆筒状的软磁体，由此减轻在磁性部件的末端产生的反磁场，能够提高在磁性部件产生的磁通的均一性。通过将专利文献1所记载的磁性构造体应用于发电元件，从而不依赖于外部磁场的强度及极性而能够稳定地使磁性部件产生大巴克豪森效应，期待抑制发电特性的变动。
专利文献1：日本特开2006－73974号公报
发明内容
另外，在将专利文献1所记载的磁性构造体应用于发电元件的情况下，考虑使圆筒状的软磁体的尺寸单纯地增大，由此能够使对磁性部件施加的外部磁场增大。但是，在应用发电元件的编码器等装置中要求小型化，需要也对发电元件的小型化进行研究。即，在专利文献1所记载的将磁性构造体中的圆筒状的软磁体的尺寸单纯地增大的方法中，存在无法应对装置及发电元件的小型化要求这样的问题。
本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于得到能够与以往相比抑制尺寸的增加，并且增大对磁性部件施加的外部磁场的发电元件。
为了解决上述课题，并达到目的，本发明的发电元件具有：磁性部件，其由产生大巴克豪森效应的磁性材料构成；发电用线圈，经过磁性部件的磁通进行交链；以及2个聚磁部件，它们具有供磁性部件插入贯穿的插入贯穿部，以通过将磁性部件插入贯穿于插入贯穿部而与磁性部件接触的方式设置于磁性部件的两端部，包含软磁性材料。聚磁部件在将经过具有与第3方向的插入贯穿部的长度相同的直径且与插入贯穿部内切的假想的内切圆的中心，与将第2方向设为法线矢量的假想的面平行的假想的面设为边界面的情况下，具有从边界面处于磁场产生部的相反侧的第1结构部和从边界面处于磁场产生部侧的第2结构部，该第3方向是与插入贯穿部中的供磁性部件插入贯穿的方向即第1方向和在从聚磁部件观察时对将磁场施加至磁性部件的磁场产生部进行配置的方向即第2方向这两者垂直的方向。第2结构部的体积大于第1结构部的体积。
发明的效果
本发明所涉及的发电元件具有下述效果，即，能够与以往相比抑制尺寸的增加，并且增大对磁性部件施加的外部磁场。
附图说明
图1是表示实施方式1所涉及的发电元件的结构的一个例子的斜视图。
图2是表示实施方式1所涉及的发电元件的结构的一个例子的剖视图。
图3是表示实施方式1所涉及的发电元件和磁场产生部之间的配置的一个例子的俯视图。
图4是示意地表示磁场产生部的旋转相位和磁性部件相对于磁场产生部的磁通密度之间的关系的一个例子的图。
图5是示意地表示磁场产生部的旋转相位和磁性部件相对于磁场产生部的磁通密度之间的关系的一个例子的图。
图6是示意地表示磁场产生部的旋转相位为α时的经过具有实施方式1所涉及的聚磁部件的发电元件中的磁性部件的磁通的情形的图。
图7是示意地表示磁场产生部的旋转相位为α时的经过具有现有的聚磁部件的发电元件中的磁性部件的磁通的情形的图。
图8是示意地表示磁场产生部的旋转相位为α时的经过不具有聚磁部件的发电元件中的磁性部件的磁通的情形的图。
图9是关于实施方式1所涉及的发电元件的磁性部件，表示磁场产生部的旋转相位为α及β时的内部的磁通密度的分布的一个例子的图。
图10是关于现有的发电元件的磁性部件，表示磁场产生部的旋转相位为α及β时的内部的磁通密度的分布的一个例子的图。
图11是关于不具有聚磁部件的发电元件的磁性部件，表示磁场产生部的旋转相位为α及β时的内部的磁通密度的分布的一个例子的图。
图12是表示在实施方式1所涉及的发电元件、现有的发电元件及不具有聚磁部件的发电元件中产生的电动势的一个例子的图。
图13是示意地表示具有实施方式1所涉及的聚磁部件的发电元件的磁性部件中的通过大巴克豪森效应发生磁化方向的反转的部分的图。
图14是示意地表示具有现有的聚磁部件的发电元件的磁性部件中的通过大巴克豪森效应发生磁化方向的反转的部分的图。
图15是示意地表示不具有聚磁部件的磁性部件中的通过大巴克豪森效应发生磁化方向的反转的部分的图。
图16是表示实施方式1所涉及的发电元件中的聚磁部件的第2结构部相对于第1结构部的体积比和产生电动势的磁场产生部的旋转相位差及磁通密度的分布之间的关系的一个例子的图。
图17是表示实施方式1所涉及的发电元件和磁场产生部之间的配置的其他例的俯视图。
图18是示意地表示磁场产生部的旋转相位为β时的经过具有实施方式1所涉及的聚磁部件的发电元件中的磁性部件的磁通的情形的图。
图19是示意地表示磁场产生部的旋转相位为β时的经过具有实施方式1所涉及的聚磁部件的发电元件中的磁性部件的磁通的情形的图。
图20是表示实施方式1所涉及的发电元件的磁性部件及发电用线圈的结构的一个例子的斜视图。
图21是表示实施方式1所涉及的发电元件的结构的其他例的剖视图。
图22是表示实施方式1所涉及的发电元件的结构的其他例的剖视图。
图23是表示实施方式1所涉及的发电元件的结构的其他例的局部侧视图。
图24是表示实施方式1所涉及的发电元件的结构的其他例的斜视图。
图25是表示实施方式2所涉及的发电元件的结构的一个例子的剖视图。
图26是表示实施方式3所涉及的发电元件的结构的一个例子的剖视图。
图27是表示实施方式4所涉及的发电元件的结构的一个例子的剖视图。
图28是表示实施方式5所涉及的发电元件的结构的一个例子的剖视图。
图29是表示实施方式6所涉及的发电元件的结构的一个例子的俯视图。
图30是示意地表示具有现有的聚磁部件的发电元件中的磁通的流动的图。
图31是示意地表示实施方式7所涉及的磁传感器的结构的一个例子的斜视图。
图32是示意地表示实施方式7所涉及的磁传感器的结构的其他例的俯视图。
图33是示意地表示实施方式8所涉及的反射型光学式编码器的结构的一个例子的剖视图。
具体实施方式
下面，基于附图，对本发明的实施方式所涉及的发电元件、磁传感器、编码器及电动机详细地进行说明。
实施方式1.
＜发电元件的结构＞
图1是表示实施方式1所涉及的发电元件的结构的一个例子的斜视图。在图1中，在从聚磁部件3观察时将朝向磁场产生部11的方向设为Z轴，将在与Z轴垂直的面内彼此正交的2个方向设为X轴及Y轴。将从磁场产生部11朝向发电元件100的方向设为Z轴的正方向。X轴与磁性部件1的延伸方向相对应。另外，X轴方向与第1方向相对应，Z轴方向与第2方向相对应，Y方向与第3方向相对应。此外，在图1中，将对发电元件100施加外部磁场60的磁场产生部11和发电元件100一起图示出。
发电元件100具有大于或等于1个单位构造部101，该单位构造部101具有磁性部件1、发电用线圈2和聚磁部件3。即，单位构造部101将磁性部件1、发电用线圈2和2个聚磁部件3设为1组。发电元件100能够具有大于或等于1个单位构造部10，但在这里，举例出发电元件100具有1个单位构造部101的情况。磁性部件1由通过外部磁场60的变化而产生大巴克豪森效应的磁性材料即磁体构成。大巴克豪森效应是下述现象，即，在磁性部件1磁化时，磁性部件1的内部的磁壁同时地移动，由此在极短时间磁化方向反转。在图1的例子中，磁性部件1是在一个方向延伸的线状的磁性材料。在线状包含棒状及线材状。
为了产生大巴克豪森效应，对内部应力分布、组分分布进行控制，设为在与磁性部件1的延伸方向垂直的剖面中的外周部和中心部处矫顽磁力不同的结构。在一个例子中，由磁性部件1的外周部的矫顽磁力小于中心部的材料构成。作为如上所述的磁性部件1，能够使用铁钴钒合金(FeCoV合金)、坡莫合金(NiFe合金)、非晶态合金等。另外，为了对矫顽磁力进行控制，对这些合金材料实施伸线加工、扭转加工、弯曲加工、表面处理等。作为表面处理，例示出热处理、镀敷处理、化学处理等。并且，为了对矫顽磁力进行控制，也可以在这些合金材料中加入添加物。
在一个例子中，在将铁钴钒合金伸线加工为线状后，实施扭转加工，由此得到在外周部和中心部处矫顽磁力不同的结构的磁性部件1。在这里，示出了与磁性部件1的延伸方向垂直的剖面形状为圆形的情况，但并不限定于此。在一个例子中，与磁性部件1的延伸方向垂直的剖面形状可以是椭圆形状，也可以是四边形等多边形。另外，在这里，设为磁性部件1的线径大于或等于0.1mm且小于或等于1mm，长度大于或等于10mm且小于或等于13mm而进行说明，但这是例示，不是对磁性部件1的线径及长度进行限定。
发电用线圈2是在磁性部件1的周围卷绕有导电性线的线圈，经过磁性部件1的磁通进行交链。如果由于大巴克豪森效应通过磁性部件1中的磁化的反转而磁通变化，则在发电用线圈2的两端产生通过电磁感应形成的电动势。在发电用线圈2中产生的电动势向外部取出而被使用。在图1的例子中，示出了在发电用线圈2的内部配置磁性部件1的情况。作为发电用线圈2，能够使用铜线、铝线、金线、银线、铜合金线、铝合金线等进行了绝缘包覆的导电性线。导电性线的线径基于卷绕的磁性部件1的直径、发电元件100的大小等进行选择。在一个例子中，发电用线圈2是将实施了绝缘包覆的导电性线卷绕于线轴而形成的。另外，在其他例子中，发电用线圈2是将导电性线卷绕于工装夹具，在使用粘接剂及自熔接线进行固定后，从工装夹具拆下而形成的。在这里，对使用发电用线圈2的线径大于或等于0.02mm且小于或等于0.05mm的导电性线的情况进行说明，但这是例示，不对发电用线圈2的线径进行限定。
聚磁部件3具有供磁性部件1插入贯穿的插入贯穿部31，以在插入贯穿部31的内部与磁性部件1接触的方式设置于磁性部件1的两端部。换言之，设置为通过将磁性部件1插入贯穿于插入贯穿部31，从而聚磁部件3与磁性部件1接触。聚磁部件3由包含软磁性材料的块体形状的部件构成。在这里，聚磁部件3设为由软磁性材料构成。软磁性材料是容易发生磁极的反转等，与磁性部件1相比较，具有低的矫顽磁力的材料。另外，聚磁部件3与磁性部件1相比较，优选是导磁率及饱和磁通密度高的材料。在实施方式1中，聚磁部件3配置为在磁性部件1的两端部将与磁性部件1的延伸方向平行的面的周围覆盖。聚磁部件3具有对来自磁场产生部11的磁通进行聚磁的聚磁效应。
聚磁部件3如上所述，只要是矫顽磁力比磁性部件1低的软磁性材料即可。软磁性材料是从由软性铁氧体、坡莫合金、坡曼德合金、硅钢、非晶态磁性合金、纳米晶体磁性合金及铁硅铝构成的组进行选择的材料。另外，在聚磁部件3中使用的材料优选是能够高精度地加工为目标形状且低价的材料。作为在如上所述的聚磁部件3中使用的材料，举出冷轧制钢板。并且，聚磁部件3也可以是含有加工为颗粒状的软磁性材料的塑料材料等。在使用了该塑料材料的聚磁部件3中，具有能够通过注塑成型等容易成型为各种形状的特征。
图2是表示实施方式1所涉及的发电元件的结构的一个例子的剖视图。在图2中，示出了将发电元件100在聚磁部件3的位置处，与磁性部件1的延伸方向垂直地切成的剖面。在图2中，为了使说明容易理解，省略了聚磁部件3的阴影。聚磁部件3具有供磁性部件1插入贯穿的插入贯穿部31。在实施方式1中，插入贯穿部31是在厚度方向将聚磁部件3贯通的孔。聚磁部件3在形成插入贯穿部31的孔中，在与配置有磁场产生部11侧的相反侧的位置处与磁性部件1接触。插入贯穿部31为了减小通过磁性部件1和聚磁部件3之间的空隙产生的磁阻，优选设为沿磁性部件1的外形的弯曲形状。即，如果磁性部件1的剖面为圆形，则插入贯穿部31也优选为圆形的孔。
聚磁部件3具有与插入贯穿部31的Y轴方向的长度相同的直径，经过与插入贯穿部31内切的假想的内切圆51的中心52，在将与将Z轴方向设为法线矢量的假想的面平行的假想的面设为边界面32的情况下，具有从边界面32处于磁场产生部11的相反侧的第1结构部33、和从边界面32处于磁场产生部11侧的第2结构部34。假想的内切圆51经过磁性部件1在插入贯穿部31内接触的位置。在图2的例子中，在插入贯穿部31中，假想的内切圆51经过在磁场产生部11的配置位置相反侧的位置处与磁性部件1接触的位置。在图2的例子中，法线矢量是从聚磁部件3朝向对磁场产生部11进行配置的方向的矢量。而且，聚磁部件3具有第2结构部34的体积与第1结构部33的体积相比变大的构造。在与磁性部件1的延伸方向垂直的剖面中，专利文献1所记载的软磁体是以上述边界面32为边界而在Z方向对称的形状，但实施方式1所涉及的发电元件100的聚磁部件3是以上述边界面32为边界而在Z方向非对称的形状。
详细内容在后面记述，在实施方式1中，在聚磁部件3中，第2结构部34相对于第1结构部33的体积比大于1且小于或等于4，更优选大于或等于1.3且小于或等于2.6。通过设为该范围，从而能够与以往相比减小在发电用线圈2中使电动势产生的磁场产生部11的旋转相位的相位差，并且能够使磁性部件1的延伸方向上的磁通密度的分布接近均一。在这里，聚磁部件3的厚度大于或等于1.0mm且小于或等于1.5mm，宽度大于或等于1.0mm且小于或等于2.5mm，厚度及宽度设为恒定。此时的Z方向上的第1结构部33的长度大于或等于1.0mm且小于或等于2.0mm，第2结构部34的长度设为大于或等于1.1mm且小于或等于2.5mm。但是，以第2结构部34相对于第1结构部33的体积比大于1且小于或等于4的方式对第1结构部33的长度及第2结构部34的长度进行设定。在这里所示的聚磁部件3的尺寸是例示，并不对聚磁部件3的厚度、宽度及长度进行限定。例如，在第1结构部33和第2结构部34中可以改变厚度，可以改变宽度，也可以改变厚度、宽度及长度之中的大于或等于2个。
另外，为了提高从磁场产生部11产生的外部磁场60的聚磁效应，优选将聚磁部件3的与磁场产生部11相对的面35a设为平坦。聚磁部件3的与磁场产生部11相对的面35a的相反侧的面35b也优选设为平坦。
返回至图1，磁场产生部11是配置于磁性部件1的周围，对磁性部件1施加变化的外部磁场60的磁场产生源。磁场产生部11只要具有大于或等于1组N极和S极这2个磁极，在周围产生外部磁场60即可。在图1的例子中，磁场产生部11是能够绕Z轴旋转的圆形的平板状的磁铁。在图1的例子中，磁场产生部11具有2个半圆状的结构部即磁铁结构部111A、111B。磁铁结构部111A是与发电元件100相对的面为N极，相反侧的面为S极的磁铁。磁铁结构部111B是与发电元件100相对的面为S极，相反侧的面为N极的磁铁。即，磁场产生部11的圆板状的磁铁的与发电元件100相对的面的一半成为N极，剩余的一半成为S极。磁场产生部11的充磁方向优选是与发电元件100所相对的磁场产生部11的面11a相交叉的方向。在一个例子中，优选以磁通从磁场产生部11的磁铁结构部111A的面11a向发电元件100侧发出，磁通从发电元件100侧进入至磁铁结构部111B的面11a的方式对磁场产生部11进行了充磁。特别地，充磁方向优选是垂直于与发电元件100相对的面11a的方向或者接近垂直的方向。在图1所示的例子中，磁场产生部11的充磁方向如图1的箭头A所示，优选是垂直于与朝向聚磁部件3发出强磁通的发电元件100相对的面的充磁方向。但是，这是例示，也可以在磁场产生部11的径向充磁，不对充磁方向进行限定。而且，磁铁以经过圆板状的磁铁的中心部的轴为中心能够旋转。在这里，磁场产生部11的直径大于或等于20mm且小于或等于22mm，磁性部件1和磁场产生部11之间的距离设为大于或等于6mm且小于或等于9mm。但是，这是例示，不对磁场产生部11的直径及磁性部件1和磁场产生部11之间的距离进行限定。
作为磁场产生部11，优选使用永磁铁。但是，只要能够稳定地产生外部磁场60即可，磁场产生部11也可以是电磁铁。作为永磁铁，能够使用铁素体磁铁、铝镍钴(Al－Ni－Co)磁铁、稀土类磁铁等。作为稀土类磁铁，例示出钕磁铁、钐钴磁铁等。另外，也能够使塑料材料含有磁性材料颗粒，通过注塑成型等成型而作为磁铁使用。
图3是表示实施方式1所涉及的发电元件和磁场产生部之间的配置的一个例子的俯视图。在这里，示出了在XY面内，磁铁的磁铁结构部111A和磁铁结构部111B之间的边界处于与磁性部件1的延伸方向垂直的Y方向的情况。
磁场产生部11以旋转中心112为中心进行旋转，由此对发电元件100施加外部磁场60。发电元件100配置于发电元件100的磁性部件1从磁场产生部11的旋转中心112在径向方向远离大于或等于5mm的位置。在从磁场产生部11的旋转中心112沿径向方向移动后的位置对发电元件100进行配置的情况下，如上所述，磁场产生部11的外部磁场60与磁场产生部11的旋转中心112相比对发电元件100进行配置的位置变弱。因此，在实施方式1所涉及的发电元件100中，将第2结构部34相对于第1结构部33的体积比大于1且小于或等于4的聚磁部件3配置于磁性部件1的两端。接下来对聚磁部件3的功能进行说明。
＜聚磁部件3所涉及的功能＞
图4是示意地表示磁场产生部的旋转相位和磁性部件相对于磁场产生部的磁通密度之间的关系的一个例子的图。在该图中，横轴是磁场产生部11的旋转相位，纵轴是磁性部件1的磁通密度。另外，在该图中，在聚磁部件3中，示出了第2结构部34相对于第1结构部33的体积比为1的现有的聚磁部件3的图形B11和体积比大于1的实施方式1所涉及的聚磁部件3的图形B12。
通常来说，如果作为磁场产生部11使大于或等于2极的磁铁旋转，则产生大巴克豪森效应的磁场产生部11的旋转相位根据旋转方向而不同。如图形B11所示，在现有的聚磁部件3中，在顺时针时，以磁场产生部11的极间为边界在旋转相位为θ1处产生大巴克豪森效应，但在逆时针时，以磁场产生部11的极间为边界在－θ1处产生大巴克豪森效应。如上所述，通过磁场产生部11的旋转方向，在产生大巴克豪森效应的磁场产生部11的旋转相位产生图4所示的2θ1量的相位差。即，在使发电用线圈2产生电动势的磁场产生部11的旋转相位处产生2θ1量的相位差。在编码器等装置中实际使用发电元件100的情况下，优选产生电动势的磁场产生部11的旋转相位根据磁场产生部11的旋转方向而尽可能不变。
另外，如图3所示，在从磁场产生部11的旋转中心112沿径向方向移动后的位置处对发电元件100进行配置的情况下，与磁场产生部11的旋转中心112相比，磁场产生部11的外部磁场60变弱。相对于磁场产生部11的旋转相位，对磁性部件1施加的磁场产生部11的外部磁场60的变化变得缓慢，因此根据磁场产生部11的旋转方向，产生大巴克豪森效应的磁场产生部11的旋转相位差也增加。即，产生电动势的磁场产生部11的旋转相位差也增加。
另一方面，在实施方式1所涉及的聚磁部件3的情况下，聚磁部件3的第2结构部34大于第1结构部33，因此与现有的聚磁部件3相比，聚磁效应提高，经过磁性部件1的磁通增加。因此，如图4所示，在顺时针时，以磁场产生部11的极间为边界在旋转相位为比θ1小的θ2处产生大巴克豪森效应，在逆时针时，以磁场产生部11的极间为边界在－θ2处产生大巴克豪森效应。如上所述，根据磁场产生部11的旋转方向，产生大巴克豪森效应的磁场产生部11的旋转相位差2θ2与现有的聚磁部件3的旋转相位差2θ1相比减少，产生电动势的磁场产生部11的旋转相位差也减少。
图5是示意地表示磁场产生部的旋转相位和磁性部件相对于磁场产生部的磁通密度之间的关系的一个例子的图。在图5中，横轴也是磁场产生部11的旋转相位，纵轴也是磁性部件1的磁通密度。如图5所示，在磁场产生部11的旋转相位为α时，通过从磁场产生部11产生的外部磁场60，磁性部件1的磁通密度处于增加中途。在磁场产生部11的旋转相位为β时，根据从磁场产生部11产生的外部磁场60，磁性部件1的磁通密度成为最大。此外，在图5中，示意地示出了α及β时的磁场产生部11相对于发电元件100的状态。
图6是示意地表示磁场产生部的旋转相位为α时的经过具有实施方式1所涉及的聚磁部件的发电元件中的磁性部件的磁通的情形的图。图7是示意地表示磁场产生部的旋转相位为α时的经过具有现有的聚磁部件的发电元件中的磁性部件的磁通的情形的图。图8是示意地表示磁场产生部的旋转相位为α时的经过不具有聚磁部件的发电元件中的磁性部件的磁通的情形的图。此外，在图6至图8中，省略了发电用线圈2的图示。在图6至图8中，示意地示出了在磁场产生部11的旋转相位为α时，从磁场产生部11发出的磁通61以何种路径返回至磁场产生部11。
如图6所示，在具有实施方式1所涉及的聚磁部件3的发电元件100中，从磁场产生部11的N极发出的磁通61几乎都经由聚磁部件3而经过磁性部件1，从聚磁部件3向磁场产生部11的S极进入。如上所述，通过使第2结构部34的体积比第1结构部33的体积增大，从而能够使得来自磁场产生部11的磁通61几乎都经由聚磁部件3。即，如后面记述的图7及图8所示，几乎没有从磁性部件1的延伸方向的中途进入至磁性部件1的磁通61，因此在磁性部件1的延伸方向上，确保磁通密度的均一性。此外，磁通61聚磁于与从磁场产生部11发出的位置接近的聚磁部件3。因此，在图6中，一部分磁通61经由配置于S极侧的聚磁部件3，不经由磁性部件1，从聚磁部件3向磁场产生部11的S极进入。该磁通61不经由磁性部件1，因此不会对被聚磁部件3夹着的磁性部件1中的磁通密度的均一性造成影响。
如图7所示，描绘出在具有现有的聚磁部件3的发电元件100中，从磁场产生部11的N极发出的磁通61经过磁性部件1而向S极返回的路径。但是，在图7的情况下，从N极发出的磁通61之中的在路径的附近存在聚磁部件3的磁通61成为经由聚磁部件3的路径，但在路径的附近不存在聚磁部件3的磁通61在聚磁部件3之间的任意的位置处进入至磁性部件1。进入至磁性部件1的磁通61经由聚磁部件3而朝向磁场产生部11的S极。如上所述，聚磁部件3的第2结构部34与图6的情况相比远离磁场产生部11，因此一部分磁通61不经由聚磁部件3，而是从磁性部件1的延伸方向的中途的位置进入至磁性部件1。即，经过在N极侧配置的聚磁部件3侧的磁性部件1的磁通61与图6的情况相比变少。其结果，在磁性部件1的延伸方向上，磁通密度变得不均一。
在图8所示的不具有聚磁部件3的发电元件100中，描绘出从磁场产生部11的N极发出的磁通61经过磁性部件1而向S极返回的路径。在该情况下，磁通61进入至磁性部件1的位置与磁通61从磁场产生部11发出的位置相应地变化。另外，磁通61从磁性部件1发出的位置也与磁通61进入至磁场产生部11的位置相应地变化。因此，在磁性部件1的延伸方向上，与图7的情况相比磁通密度变得更不均一。
特别地，在将图7及图8所示的发电元件100配置于从磁场产生部11的旋转中心112沿径向方向移动后的位置的情况下，根据磁场产生部11的旋转相位，通过磁场产生部11的外部磁场60使发电元件100的磁性部件1的磁通密度变得不均一。由此，大巴克豪森效应在磁性部件1的整体中不易同时地产生，产生发电特性降低的问题。
图9是关于实施方式1所涉及的发电元件的磁性部件，表示磁场产生部的旋转相位为α及β时的内部的磁通密度的分布的一个例子的图。图10是关于现有的发电元件的磁性部件，表示磁场产生部的旋转相位为α及β时的内部的磁通密度的分布的一个例子的图。
图11是关于不具有聚磁部件的发电元件的磁性部件，表示磁场产生部的旋转相位为α及β时的内部的磁通密度的分布的一个例子的图。在这些图中，横轴表示磁性部件1中的位置，纵轴表示磁性部件1的各位置处的磁通密度。另外，在这些图中，磁场产生部11的旋转相位α处的分布通过磁通密度Bα表示，磁场产生部11的旋转相位β处的分布通过磁通密度Bβ表示。在图9至图11中，为了容易理解磁性部件1和磁通密度的分布之间的位置关系，在图的上部使磁性部件1及聚磁部件3的剖视图与磁通密度的数据对应地示出。
在将配置于磁性部件1的两端部的聚磁部件3间的磁通密度相等的状态评价为均一，将磁通密度不相等的状态评价为不均一时，在图6所示的实施方式1所涉及的发电元件100中，来自磁场产生部11的磁通61经过磁性部件1的两端的聚磁部件3。因此，如图9所示，与磁场产生部11的旋转相位无关，可以说在被聚磁部件3夹着的区域的磁性部件1的大致整体中，磁通密度Bα、Bβ均一。
在图7所示的现有的发电元件100中，设置有聚磁部件3，但一部分磁通61不经由聚磁部件3。因此，根据磁场产生部11的旋转相位，可知在聚磁部件3间的磁性部件1形成均一的磁通密度的范围与图6的情况相比变窄。如图10所示，在旋转相位为β时，可以说聚磁部件3间的磁性部件1的磁通密度Bβ均一，但在旋转相位为α时，聚磁部件3间的磁性部件1的磁通密度Bα变得不均一。特别地，如图7所示，经由对N极进行配置侧的聚磁部件3的磁通61少，因此在图10中，在与对磁性部件1的N极进行配置侧相对应的一个端部，磁通密度Bα急剧地降低。
在不具有聚磁部件3的发电元件100中，如图11所示在磁性部件1的延伸方向的中央部，磁通密度Bα、Bβ变高。但是，与图10的情况相比磁通密度Bα、Bβ变高的范围进一步变窄，如果从中央部离开，则磁通密度直至两端部急剧地降低。如上所述，在不具有聚磁部件3的发电元件100中，可知在磁场产生部11的哪个旋转相位处，磁性部件1的内部的磁通密度Bα、Bβ的均一性均大幅地降低。
如以上所述，图9所示的具有实施方式1所涉及的聚磁部件3的磁性部件1的内部的磁通密度Bα、Bβ，与聚磁部件3的形状样式不同的结构的图10及图11所示的磁通密度Bα、Bβ相比磁通密度高的区域变宽。即，在被聚磁部件3夹着的磁性部件1的区域，磁通密度Bα、Bβ的均一性提高。
图12是表示在实施方式1所涉及的发电元件、现有的发电元件及不具有聚磁部件的发电元件中产生的电动势的一个例子的图。在该图中，横轴表示时间，纵轴表示电动势。在图12中，示出了磁性部件1的磁通密度的分布与图9至图11所示的磁通密度相对应时的电动势VA、VB、VC。在图9所示的具有实施方式1所涉及的聚磁部件3的发电元件100中的磁通密度下感应出电动势VA。在图10所示的具有现有的聚磁部件3的发电元件100中的磁通密度下感应出电动势VB。在图11所示的不具有聚磁部件3的发电元件100中的磁通密度下感应出电动势VC。如果对电动势VA、VB、VC进行比较，则磁通密度高的区域最宽，确认到在图9所示的具有实施方式1所涉及的聚磁部件3的发电元件100中产生最大的电动势VA。
图13是示意地表示具有实施方式1所涉及的聚磁部件的发电元件的磁性部件中的通过大巴克豪森效应发生磁化方向的反转的部分的图。图14是示意地表示具有现有的聚磁部件的发电元件的磁性部件中的通过大巴克豪森效应发生磁化方向的反转的部分的图。图15是示意地表示不具有聚磁部件的磁性部件中的通过大巴克豪森效应发生磁化方向的反转的部分的图。在图13至图14中，将磁场产生部11的旋转相位α时的各个磁性部件1的内部的磁通密度高的区域通过箭头D表示。
在具有实施方式1所涉及的聚磁部件3的磁性部件1中，来自磁场产生部11的磁通61几乎都经由磁场产生部11的N极侧的聚磁部件3而经过磁性部件1，从S极侧的聚磁部件3向磁场产生部11返回。因此，被2个聚磁部件3夹着的区域的磁性部件1的磁通密度成为恒定。如图13所示，在遍及磁性部件1的延伸方向的大致整体的宽范围描绘出箭头D，示出了通过大巴克豪森效应发生的磁化方向的反转在磁性部件1的被2个聚磁部件3夹着的区域的整体中稳定地发生。由此，在该结构的发电元件100中，通过电磁感应产生的发电用线圈2的电动势也稳定变大。因此，能够得到在磁性部件1中产生大巴克豪森效应的范围宽的发电元件100。
在具有现有的聚磁部件3的磁性部件1中，来自磁场产生部11的磁通61的一部分经由N极侧的聚磁部件3而经过磁性部件1，从S极侧的聚磁部件3向磁场产生部11返回，但其他磁通61不经由N极侧的聚磁部件3而进入至磁性部件1，从S极侧的聚磁部件3向磁场产生部11返回。另外，在不具有聚磁部件3的磁性部件1中，如上所述，来自磁场产生部11的磁通61在各自不同的位置处进入至磁性部件1，在各自不同的位置处从磁性部件1向磁场产生部11返回。如上所述，在图14及图15中，与图13相比较，仅在磁性部件1的一部分分布有箭头D。另外，与具有现有的聚磁部件3的磁性部件1相比，不具有聚磁部件3的磁性部件1的箭头D分布的范围变窄。即，具有现有的聚磁部件3的磁性部件1及不具有聚磁部件3的磁性部件1中的大巴克豪森效应仅在磁性部件1的箭头D所示的一部分产生。因此，可知磁化方向的反转变得不稳定，无法作为发电元件100而得到充分的发电特性。
图16是表示实施方式1所涉及的发电元件中的聚磁部件的第2结构部相对于第1结构部的体积比和产生电动势的磁场产生部的旋转相位差及磁通密度的分布之间的关系的一个例子的图。在该图中，横轴表示聚磁部件3的第2结构部34相对于第1结构部33的体积比，左侧的纵轴示出表示产生电动势的磁场产生部11的旋转相位差的指标，右侧的纵轴示出表示磁通密度的分布的均一性的指标。此外，在图16的说明中，第2结构部34相对于第1结构部33的体积比被称为体积比。在这里，表示产生电动势的磁场产生部11的旋转相位差的指标是磁场产生部11的旋转相位为α时的产生电动势的磁场产生部11的旋转相位差的倒数。另外，作为表示磁通密度的分布的均一性的指标，在将聚磁部件3间的磁通密度的最大值和最小值之差设为差分值时，使用各体积比的差分值相对于体积比为1的情况下的差分值的倒数。即，将各体积比中的差分值除以体积比为1的情况下的差分值而得到的值成为表示磁通密度的分布的均一性的指标。
如图16所示，处于体积比越大于1，则旋转相位差变得越小的倾向。即，为了减小旋转相位差，优选相对于第1结构部33而增大第2结构部34的体积。另一方面，磁通密度的分布在体积比大于1且小于或等于4的范围，与体积比为1的情况相比均一性提高。特别地，在体积比大于或等于1.3且小于或等于2.6的范围，处于聚磁部件3间的磁性部件1的磁通密度的分布的均一性提高的倾向。而且，在该情况下，得到大于或等于预定的基准值的电动势的值。即，为了得到大于或等于基准值的电动势的值，优选磁通密度的分布的均一性大于或等于图16的阈值TB。如果考虑旋转相位差和磁通密度分布的均一性，则在体积比大于或等于1.3且小于或等于2.6的情况下，作为发电元件100而示出特别良好的性能。此外，虽然与发电元件100设置于未图示的基板时的磁性部件1和基板之间的距离有关，但与第2结构部34与基板接触的状态相比，第2结构部34的Z方向的长度无法增大。
＜关于发电元件100的其他结构＞
图3所示的发电元件100和磁场产生部11之间的配置是一个例子，发电元件100能够相对于磁场产生部11而配置于任意的位置。图17是表示实施方式1所涉及的发电元件和磁场产生部之间的配置的其他例的俯视图。此外，对与上述说明相同的结构要素标注同一标号而省略其说明。在这里，也与图3同样地，示出在XY面内，磁铁的磁铁结构部111A和磁铁结构部111B之间的边界处于与磁性部件1的延伸方向垂直的Y方向的情况。在图17中，将图3中的发电元件100的配置位置通过虚线表示。即，在图17中，与图3的情况相比，发电元件100配置于从磁场产生部11的旋转中心112向箭头E的径向方向远离的位置。如上所述，在发电元件100的配置是从磁场产生部11的旋转中心112向箭头E的径向方向远离的情况下，与图3的聚磁部件3的体积比相比，使发电元件100的聚磁部件3的体积比增大，由此能够从比图3的情况更宽的区域进行聚磁部件3的聚磁。即，优选从磁场产生部11的旋转中心112越向径向方向远离，则越增大聚磁部件3的体积比。
图18是示意地表示磁场产生部的旋转相位为β时的经过具有实施方式1所涉及的聚磁部件的发电元件中的磁性部件的磁通的情形的图。此外，对与上述说明相同的结构要素标注同一标号而省略其说明。在图18中，作为一个例子，示出了发电元件100相对于磁场产生部11处于图17所示的XY面内的位置的情况。如图18所示，通过使用具有实施方式1所涉及的聚磁部件3的发电元件100，从而从磁场产生部11的N极发出的磁通61经由一个聚磁部件3而经过磁性部件1，从另一个聚磁部件3向磁场产生部11的S极进入。因此，在磁性部件1的延伸方向上确保磁通密度的均一性。
图19是示意地表示磁场产生部的旋转相位为β时的经过具有实施方式1所涉及的聚磁部件的发电元件中的磁性部件的磁通的情形的图。在图19中，作为一个例子，示出了发电元件100相对于磁场产生部11处于图17所示的XY面内的位置的情况。另外，在图19中，与图18的情况相比，增大了聚磁部件3的体积比。即，与图18的第2结构部34相比增大了图19的第2结构部34的体积。从磁场产生部11的旋转中心112越向径向方向远离，则磁场产生部11的外部磁场变得越弱。但是，如图19所示，在一个例子中将聚磁部件3的第2结构部34的Z轴方向的长度增加而使体积比增加，由此能够从比图18的情况更宽的区域进行聚磁。其结果，经由磁性部件1的磁通61饱和，无法经过磁性部件1的从磁场产生部11的N极发出的磁通61a从一个聚磁部件3的上方经过空气中，经由另一个聚磁部件3向磁场产生部11的S极进入。而且，经过磁性部件1的磁通61饱和，由此在磁性部件1的延伸方向上，能够确保磁通密度的均一性。
在上述说明中，示出了磁性部件1为线状的情况，但也可以为片状。图20是表示实施方式1所涉及的发电元件的磁性部件及发电用线圈的结构的一个例子的斜视图。此外，对与图1相同的结构要素标注同一标号而省略其说明。在图20的发电元件100中，磁性部件1A是片状的磁体。磁性部件1A具有矫顽磁力不同的至少2层材料层叠的结构。在一个例子中，磁性部件1A可以是将第1层的上下由矫顽磁力与第1层不同的第2层夹着的结构。另外，磁性部件1A可以将第1层的周围由矫顽磁力与第1层不同的第2层覆盖。在片状的磁性部件1A的周围卷绕发电用线圈2。在该情况下，在磁性部件1A的两端也对第2结构部34相对于第1结构部33的体积比大于1且小于或等于4，优选对大于或等于1.3且小于或等于2.6的聚磁部件3进行配置。
另外，在上述说明中，示出了磁性部件1的与延伸方向垂直的剖面处的外周部的矫顽磁力比中心部小的结构的情况，但只要外周部和中心部的矫顽磁力不同即可，可以是外周部的矫顽磁力大的结构。
在图2中，示出了供聚磁部件3的磁性部件1插入贯穿的插入贯穿部31为弯曲形状的情况，但并不限定于此。图21是表示实施方式1所涉及的发电元件的结构的其他例的剖视图。此外，对与上述说明相同的结构要素标注同一标号而省略其说明。在图21所示的例子中，插入贯穿部31由矩形形状的孔构成。另外，构成插入贯穿部31的孔也可以是其他形状。
在上述发电元件100中，举例出磁性部件1配置于从磁场产生部11的旋转中心112沿径向方向远离大于或等于5mm的位置而使用的情况，但并不限定于此。在一个例子中，磁性部件1也可以配置于从磁场产生部11的旋转中心112沿径向方向远离小于5mm的距离的位置。
在上述发电元件100中，如图2所示，举例出聚磁部件3的与磁场产生部11相对的面35a平坦的情况，但并不限定于此。图22是表示实施方式1所涉及的发电元件的结构的其他例的剖视图。此外，对与上述说明相同的结构要素标注同一标号而省略其说明。如图22所示，如果第2结构部34相对于第1结构部33的体积比大于1，则与磁场产生部11相对的面35a可以弯曲。
图23是表示实施方式1所涉及的发电元件的结构的其他例的局部侧视图。此外，对与上述说明相同的结构要素标注同一标号而省略其说明。发电元件100在一个例子中，固定于未图示的基板上，但在基板上的发电元件100的聚磁部件3的附近设置端子15。端子15是与发电用线圈2的末端线21连接，将由发电用线圈2产生的电动势输出至外部的端子。在聚磁部件3的附近，在将发电用线圈2的末端线21捆扎至端子15的情况下，与图2所示的磁场产生部11侧的面不弯曲的聚磁部件3相比，关于图22所示的聚磁部件3，末端线21不易被聚磁部件3拉拽，不易断线。因此，聚磁部件3的附近的捆扎作业效率提高，能够制造稳定的高输出的发电元件100。
另外，在图2中，举例出聚磁部件3的与磁场产生部11相对的面35a的相反侧的面平坦的情况，但并不限定于此。如图22及图23所示，如果第2结构部34相对于第1结构部33的体积比大于1，则与磁场产生部11相对的面35a的相反侧的面35b也可以弯曲。
发电用线圈2的配置场所如图1所示，优选以通过磁性部件1的大巴克豪森效应引起的磁通的变化变得最大的方式将磁性部件1包围而配置，但并不限定于此。图24是表示实施方式1所涉及的发电元件的结构的其他例的斜视图。此外，对与上述说明相同的结构要素标注同一标号而省略其说明。如图24所示，发电用线圈2也可以不将磁性部件1包围，而是以由磁性部件1产生的磁场62经过发电用线圈2的方式沿磁性部件1配置。
在上述说明中，在磁场产生部11使用圆板形状的磁铁，但并不限定于此。如果能够对磁性部件1施加外部磁场60，则能够对与用途相对应的磁场产生部11的形状进行选择，可以是块体形状、棒形状等。另外，在磁场产生部11使用直径大于或等于20mm且小于或等于22mm的磁铁，但并不限定于此，也可以使用直径小于20mm或者直径超过22mm的磁铁。
＜发电元件100的效果＞
在实施方式1所涉及的发电元件100中，在聚磁部件3中使第2结构部34相对于第1结构部33的体积比大于1，该聚磁部件3在将经过具有与插入贯穿部31的Y轴方向的长度相同的直径、与插入贯穿部31内切的假想的内切圆51的中心52、与将Z轴方向设为法线矢量的假想的面平行的假想的面设为边界面32的情况下，具有从边界面32处于磁场产生部11的相反侧的第1结构部33和从边界面32处于磁场产生部11侧的第2结构部34。由此，能够使产生大巴克豪森效应的磁性部件1的被聚磁部件3夹着的区域中的磁通密度的分布设为均一而与磁场产生部11的旋转相位无关。因此，磁性部件1的大巴克豪森效应在磁性部件1的各部容易稳定而同时产生，使通过大巴克豪森效应发生的磁化方向的反转稳定化。即，不对会对发电元件100的尺寸的增加造成影响的第1结构部33的尺寸进行变更，而是对不会对发电元件100的尺寸的增加造成影响的第2结构部34的尺寸进行变更，由此能够得到与以往相比能够抑制尺寸的增加，并且增大对磁性部件1施加的外部磁场60的发电元件100。另外，得到具有通过基于磁场产生部11的旋转方向的大巴克豪森效应产生电动势的磁场产生部11的旋转相位差小的发电特性的发电元件100。其结果，能够通过电磁感应，从发电用线圈2稳定地产生电动势。
通过使用稳定地产生电动势的发电元件100，从而能够将在发电元件100中产生的电动势用作用于对IC(Integrated Circuit)进行驱动的电源。
实施方式2.
实施方式2所涉及的发电元件100的基本构造与实施方式1相同，聚磁部件3的形状与实施方式1不同。以下，对与实施方式1不同的聚磁部件3的结构进行说明。
图25是表示实施方式2所涉及的发电元件的结构的一个例子的剖视图。此外，对与上述说明相同的结构要素标注同一标号而省略其说明。在图25中，示出了将发电元件100在聚磁部件3的位置处，与磁性部件1的延伸方向垂直地切成的剖面。
在图1及图2所示的实施方式1的聚磁部件3的构造中，插入贯穿部31是在厚度方向将聚磁部件3贯通的孔，使磁性部件1在该孔中插入贯穿。图25所示的聚磁部件3具有由从与磁场产生部11相对的面35a朝向第1结构部33设置的凹部构成的插入贯穿部31a。即，插入贯穿部31a在从磁性部件1的延伸方向观察的情况下，为U字状，与磁场产生部11相对的面35a的一部分开口。另外，在图25中，示出了聚磁部件3的与磁场产生部11相对的面的相反侧的面35b弯曲的例子。
在图1及图3所示的聚磁部件3中，作为插入贯穿部31的孔通过开孔加工而形成。另一方面，在图25所示的聚磁部件3中，通过对冷轧制钢板进行弯曲加工而制造。因此，在实施方式2所涉及的发电元件100中，与实施方式1的情况相比能够使聚磁部件3的生产效率提高，并且能够使制造成本减少。
另外，在对发电元件100进行组装的情况下，在实施方式1的发电元件100的构造中，需要使磁性部件1经过发电用线圈2及2个聚磁部件3的插入贯穿部31的全部。与此相对，在实施方式2所涉及的发电元件100中，聚磁部件3的与磁场产生部11相对的面35a的一部分开口，因此使磁性部件1仅经过发电用线圈2，从聚磁部件3的与磁场产生部11相对的面35a开口的方向将磁性部件1插入至由凹部构成的插入贯穿部31a即可。由此，能够得到稳定的高输出的发电元件100，并且与实施方式1相比能够使磁性部件1向聚磁部件3的插入作业的效率提高。
实施方式3.
实施方式3所涉及的发电元件100的基本构造与实施方式1相同，聚磁部件3的形状与实施方式1不同。以下，对与实施方式1不同的聚磁部件3的结构进行说明。
图26是表示实施方式3所涉及的发电元件的结构的一个例子的剖视图。此外，对与上述说明相同的结构要素标注同一标号而省略其说明。在图26中，示出了将发电元件100在聚磁部件3的位置处，与磁性部件1的延伸方向垂直地切成的剖面。
图26所示的聚磁部件3具有由从与磁场产生部11相对的面35a的相反侧的面35b朝向第2结构部34设置的凹部构成的插入贯穿部31b。即，与磁场产生部11相对的面35a的相反侧的面35b的一部分开口。在图2所示的实施方式1中，磁性部件1在插入贯穿部31内接触的位置处于构成插入贯穿部31的孔的内表面的与磁场产生部11相反侧的位置。但是，在图26中，磁性部件1在插入贯穿部31b内接触的位置成为构成插入贯穿部31的凹部的磁场产生部11侧的位置。内切圆51经过该位置。另外，在图26中，示出了聚磁部件3的与磁场产生部11相对的面35a平坦的例子。
图26所示的聚磁部件3为长方体状的部件，以从与磁场产生部11相对的面35a的相反侧的面35b形成槽的方式进行加工，由此能够形成插入贯穿部31b。因此，在实施方式3所涉及的发电元件100中，与实施方式1的情况相比能够使聚磁部件3的生产效率提高，并且能够使制造成本减少。
在对实施方式3所涉及的发电元件100进行组装的情况下，聚磁部件3的与磁场产生部11相对的面35a的相反侧的面35b开口，因此使磁性部件1仅经过发电用线圈2，从聚磁部件3的与磁场产生部11相对的面35a的相反侧的面35b开口的方向将磁性部件1插入至由凹部构成的插入贯穿部31b即可。由此，在实施方式3中，能够得到稳定的高输出的发电元件100，并且与实施方式1的情况相比，能够使磁性部件1向聚磁部件3的插入作业的效率提高。
实施方式4.
实施方式4所涉及的发电元件100的基本构造与实施方式1相同，聚磁部件3的形状与实施方式1不同。以下，对与实施方式1不同的聚磁部件3的结构进行说明。
图27是表示实施方式4所涉及的发电元件的结构的一个例子的剖视图。此外，对与上述说明相同的结构要素标注同一标号而省略其说明。在图27中，示出了将发电元件100在聚磁部件3的位置处，与磁性部件1的延伸方向垂直地切成的剖面。
在图27所示的聚磁部件3中，第1结构部33和第2结构部34能够分离。在图27中，示出了第1结构部33和第2结构部34构成为在边界面32处能够分离的例子。即，聚磁部件3具有由软磁性材料构成的第1结构部33和由软磁性材料构成的第2结构部34。在第1结构部33的与第2结构部34相对的面具有构成插入贯穿部31的凹部311，在第2结构部34的与第1结构部33相对的面具有构成插入贯穿部31的凹部312。将第1结构部33和第2结构部34在边界面32处接合，由此通过2个凹部311、312形成插入贯穿部31。另外，各个凹部311、312以在第1结构部33及第2结构部34的1个侧面形成槽的方式被加工。由此，在实施方式4所涉及的发电元件100中，与通过开孔加工而形成插入贯穿部31的实施方式1的情况相比，能够使生产效率提高，并且能够使制造成本减少。此外，能够分离的聚磁部件3并不限于第1结构部33和第2结构部34在边界面32处分离的结构。例如，聚磁部件3也可以构成为包含插入贯穿部31，在与边界面32平行的面处分离为包含第1结构部33的部件和包含第2结构部34的部件。另外，聚磁部件3也可以构成为包含插入贯穿部31，在与Z轴方向平行的面处分离为包含第1结构部33的部件和包含第2结构部34的部件。
在对发电元件100进行组装的情况下，在将磁性部件1经过发电用线圈2，将磁性部件1设置于第1结构部33的凹部311后，以第2结构部34的凹部312与磁性部件1嵌合的方式使第2结构部34与第1结构部33接触而对两者进行固定。由此，在实施方式4中，能够得到稳定的高输出的发电元件100，并且与实施方式1的情况相比，能够使磁性部件1向聚磁部件3的插入贯穿作业的效率提高。
实施方式5.
实施方式5所涉及的发电元件的基本构造与实施方式1、4相同，聚磁部件3的构造与实施方式1、4不同。以下，对与实施方式1、4不同的聚磁部件3的结构进行说明。
图28是表示实施方式5所涉及的发电元件的结构的一个例子的剖视图。此外，对与上述说明相同的结构要素标注同一标号而省略其说明。在图28中，示出了将发电元件100在聚磁部件3的位置处，与磁性部件1的延伸方向垂直地切成的剖面。
聚磁部件3具有在边界面32处能够分离的第1结构部33a及第2结构部34。在实施方式5中，第2结构部34由软磁性材料构成，但在第1结构部33a由非磁性材料构成这一点与实施方式4不同。即，聚磁部件3无需整体由软磁性材料构成，只要包含软磁性材料即可。但是，为了来自磁场产生部11的磁通61经由一个聚磁部件3而经过磁性部件1，从另一个聚磁部件3向磁场产生部11返回，聚磁部件3的至少第2结构部34由软磁性材料构成。如上所述，即使将第1结构部33a设为非磁性材料，如果第2结构部34为软磁性材料，则在磁性部件1中也会得到与实施方式1、4的情况同等的磁通密度的均一性。此外，其他结构与实施方式1、4相同。
通过实施方式5，也能够得到与实施方式4相同的效果。
实施方式6.
在实施方式1至5中，举例出发电元件100具有1个单位构造部101的情况。在实施方式6中，对将多个单位构造部101相邻配置而构成发电元件100的情况进行说明。
图29是表示实施方式6所涉及的发电元件的结构的一个例子的俯视图。此外，对与上述说明相同的结构要素标注同一标号而省略其说明。在实施方式6中，发电元件100a具有3个单位构造部101a、101b、101c。3个单位构造部101a、101b、101c在磁场产生部11的上部以正三角形状相邻配置。关于从磁场产生部11的旋转中心112向各单位构造部101a、101b、101c的磁性部件1的延伸方向的中点连接的线段，配置为与相邻的线段呈120度。
在这里，对如图29所示配置有单位构造部101a、101b、101c的情况下的磁通进行说明。首先，对单位构造部101a、101b、101c不是实施方式1至5所示的构造，而是具有图7所示的现有的聚磁部件3的构造的情况进行说明。
图30是示意地表示具有现有的聚磁部件的发电元件中的磁通的流动的图。与图29同样地，图30的发电元件100b具有以正三角形状相邻配置的3个单位构造部102a、102b、102c。另外，聚磁部件3的体积比为1。
在图30中，考虑单位构造部102a以单体存在的情况。在该情况下，从磁场产生部11的区域R11发出的磁通61d经由单位构造部102a的聚磁部件3而经过磁性部件1，在经由相反侧的聚磁部件3后朝向磁场产生部11。区域R11设为单位构造部102a的聚磁部件3能够聚磁的区域。
接下来，如图30所示，考虑发电元件100b具有将多个单位构造部102a、102b、102c相邻配置的构造的情况，具体地说，考虑单位构造部102a和单位构造部102b。与单位构造部102a单体存在的情况同样地，来自磁场产生部11的区域R11的磁通61d经由单位构造部102a的聚磁部件3而经过磁性部件1，在经由相反侧的聚磁部件3后，朝向磁场产生部11。另外，来自磁场产生部11的区域R12的磁通61e经由单位构造部102b的聚磁部件3而经过磁性部件1，在经由相反侧的聚磁部件3后，朝向磁场产生部11。而且，从区域R11和区域R12重叠的区域R13发出的磁通61d、61e如果经由单位构造部102a的聚磁部件3，则有时会经由单位构造部102b的聚磁部件3。即，来自区域R13的磁通61d、61e在单位构造部102a单体存在的情况下经由单位构造部102a，但在单位构造部102a和单位构造部102b存在的情况下，被单位构造部102a和单位构造部102b分开。因此，在对使用了图7所示的现有的聚磁部件3的单位构造部102a、102b、102c进行了配置的情况下，与将单位构造部102a单体使用时相比，经过单位构造部102a的磁性部件1的磁通61d减少，磁场产生部11的旋转相位差增大，存在磁通密度的均一性降低这样的问题。
但是，如图6、图18或者图19所示，通过使用具有第2结构部34相对于第1结构部33的体积比大于1的聚磁部件3的单位构造部101a、101b、101c，从而聚磁部件3接近磁场产生部11，能够使从磁场产生部11发出的磁通61d积极地聚磁。如图29所示，单位构造部101a的聚磁部件3能够对来自区域R1的磁通61b进行汇集，单位构造部101b的聚磁部件3能够对来自区域R2的磁通61c进行汇集。来自区域R1和区域R2重叠的区域R3的磁通61b、61c如上所述，汇集于单位构造部101a及单位构造部101b的聚磁部件3，但通过增大聚磁部件3的体积比，从而除了区域R1至区域R3以外的区域比图30的除了区域R11至区域R13以外的区域变大。即，即使在区域R3中与相邻的单位构造部101b之间将磁通61c分开，单位构造部101a的聚磁部件3也能够从区域R1内的除了区域R3以外的区域对磁通61b进行聚磁。其结果，聚磁于其他单位构造部101b，能够对不足的磁通61b进行补充。此外，在这里，举例出单位构造部101a，但其他单位构造部101b、101c也是同样的。
并且，如图29所示，在发电元件100a具有3个单位构造部101a、101b、101c的情况下，与如实施方式1至5所示仅使用1个单位构造部101的情况相比较，优选增大聚磁部件3的体积比。但是，在该情况下，聚磁部件3的第1结构部33设为具有相同体积。通过增大聚磁部件3的体积比，从而能够对与仅使用1个单位构造部101的情况同等的磁通61b进行聚磁。如图29所示，在发电元件100a具有3个单位构造部101a、101b、101c的情况下，与发电元件100具有1个单位构造部101的情况相比较，在体积比小于或等于作为最大值的4的范围中，在大于或等于0.05且小于或等于0.25的范围能够增大。即，第2结构部34相对于第1结构部33的体积比大于1.05且小于或等于4，更优选大于或等于1.35且小于或等于2.85。
在上述说明中，例示出以正三角形状配置有单位构造部101a、101b、101c的发电元件100a，但发电元件100a只要具有多个单位构造部101即可，配置形状不受限定。
在实施方式6中，发电元件100具有多个实施方式1至5的单位构造部101。另外，单位构造部101使用体积比大于1.05且小于或等于4的聚磁部件3。由此，使聚磁效应增加，能够对被相邻的单位构造部101吸收的磁通61e进行补充。因此，如图4所示，在磁场产生部11顺时针地旋转时，以磁场产生部11的极间为边界在旋转相位为比θ1小的θ2处产生大巴克豪森效应，在磁场产生部11逆时针地旋转时，以磁场产生部11的极间为边界在－θ2处产生大巴克豪森效应。如上所述，通过磁场产生部11的旋转方向，产生大巴克豪森效应的磁场产生部11的旋转相位差2θ2比使用现有的聚磁部件3的单位构造部101的旋转相位差2θ1减少，产生电动势的磁场产生部11的旋转相位差也减少。另外，能够使产生大巴克豪森效应的磁性部件1的被聚磁部件3夹着的区域中的磁通密度的分布变得均一。因此，磁性部件1的大巴克豪森效应在磁性部件1的各部容易稳定地产生，通过大巴克豪森效应发生的磁化方向的反转实现稳定化。即，不使会对发电元件100的尺寸的增加造成影响的单位构造部101a、101b、101c的第1结构部33的尺寸变更，对不会对发电元件100的尺寸的增加造成影响的单位构造部101a、101b、101c的第2结构部34的尺寸进行变更，由此能够得到与以往相比能够抑制尺寸的增加，并且能够使对磁性部件1施加的外部磁场60增大的发电元件100。另外，得到具有通过基于磁场产生部11的旋转方向的大巴克豪森效应产生电动势的磁场产生部11的旋转相位差小的发电特性的发电元件100。其结果，能够通过电磁感应，从发电用线圈2稳定地产生电动势。
另外，通过使用稳定地产生电动势的发电元件100，从而能够将在发电元件100中产生的电动势用作对IC进行驱动的电源。
实施方式7.
在实施方式7中，对将实施方式1至6所示的发电元件100应用于磁传感器的情况进行说明。
图31是示意地表示实施方式7所涉及的磁传感器的结构的一个例子的斜视图。磁传感器30具有发电元件100和控制部40。在图31中，使用了在实施方式1中说明的发电元件100，但也可以使用在实施方式2至5中说明的发电元件100。磁传感器30对通过磁场产生部11而发生变动的外部磁场60进行检测。磁场产生部11对发电元件100施加外部磁场60。在这里，磁场产生部11与图1所示同样地，是圆板状的磁铁。磁场产生部11的发电元件100侧的面的一半为N极，另一半为S极，磁场产生部11能够绕经过中心的Z轴进行旋转。控制部40与发电元件100的发电用线圈2连接，对在发电用线圈2中产生的感应电动势进行检测，由此对外部磁场60的变动进行检测。控制部40在一个例子中由IC构成。
通过磁场产生部11的旋转，对发电元件100的被聚磁部件3夹着的区域的磁性部件1均一地施加外部磁场60，不依赖于磁性部件1的延伸方向上的位置，磁通密度变得均一。即，磁性部件1的延伸方向上的磁通密度的分布变得均一。而且，如果磁通密度大于或等于预定的阈值，则通过大巴克豪森效应而发生磁通的反转。如上所述，在被聚磁部件3夹着的区域的磁性部件1中，成为均一的磁通密度，因此磁通的反转变得急剧。其结果，通过电磁感应而从发电用线圈2产生的电压成为脉冲状。通过控制部40对该脉冲状的电压进行检测。
此外，在图31中示出了发电元件100具有1个单位构造部101的磁传感器30。但是，磁传感器30的发电元件100也可以具有大于或等于2个单位构造部101。在一个例子中，如图29所示，可以使用具有3个单位构造部101a、101b、101c的发电元件100a。在该情况下，配置为正三角形状的3个单位构造部101a、101b、101c设为1个封装件。
图32是示意地表示实施方式7所涉及的磁传感器的结构的其他例的俯视图。此外，在图32中，省略了控制部40的图示。另外，对与上述说明相同的结构要素标注同一标号而省略其说明。在图32中，磁传感器30具有3个发电元件100c、100d、100e。发电元件100c、100d、100e各自具有1个单位构造部101。另外，发电元件100c、100d、100e各自设为1个封装件。如上所述，在磁传感器30中，可以是配置有对具有1个单位构造部101的多个发电元件100c、100d、100e进行封装的封装件的方式，如图29所示，可以是配置有对具有多个单位构造部101a、101b、101c的1个发电元件100a进行封装的封装件的方式。
实施方式7的磁传感器30具有在实施方式1至6中说明的发电元件100和控制部40。在发电元件100中，在被聚磁部件3夹着的区域的磁性部件1成为均一的磁通密度，因此磁通的反转变得急剧，在发电用线圈2中产生的电压成为脉冲状。能够得到该脉冲状的电压由控制部40进行检测，由此知晓外部磁场60的变动的磁传感器30。另外，通过由于磁场产生部11的旋转而变化的外部磁场60所产生的电动势使控制部40进行动作。由此，能够通过无电源提供可靠性高的磁传感器30。
实施方式8.
在实施方式8中，对将实施方式1至5所示的发电元件100应用于编码器的情况进行说明。以下，作为编码器，举例出反射型光学式编码器。
图33是示意地表示实施方式8所涉及的反射型光学式编码器的结构的一个例子的剖视图。在图33中，示出了电动机80具有反射型光学式编码器70的例子，即反射型光学式编码器70安装于电动机80的例子。反射型光学式编码器70具有壳体71、旋转轴72、毂部件73、标尺板74、磁场产生部11、基板75、投光部76、受光部77和无电源传感器即磁传感器30。
壳体71是将构成反射型光学式编码器70的部件覆盖的部件。在图33中，壳体71是一个底面开口的筒状。壳体71具有构成筒状的一个底面的第1壳体71a和构成筒状的侧面的第2壳体71b。第1壳体71a与电动机80接触而设置。第2壳体71b具有在与电动机80的电动机旋转轴81的延伸方向平行的方向延伸的面，设置为将构成反射型光学式编码器70的部件包围。
旋转轴72的一个端部与电动机80的电动机旋转轴81连接。旋转轴72配置为将第1壳体71a贯通。毂部件73是在旋转轴72的另一个端部固定的圆板状的部件，通过旋转轴72的旋转而旋转。标尺板74具有对旋转角度进行检测的光学图案。标尺板74为圆盘型，安装于毂部件73。光学图案具有光的反射率高的高反射部和低的低反射部，设置于标尺板74的与对毂部件73进行安装的面的相反侧的面。磁场产生部11是在毂部件73的与对标尺板74进行安装的面的相反侧的面进行安装的多个磁铁。在一个例子中，磁场产生部11由在毂部件73进行安装一侧的面中的磁极不同的2个磁铁构成。
基板75是将壳体71的开口覆盖，并且对构成反射型光学式编码器70的一部分部件进行支撑的板状部件。投光部76及受光部77设置于基板75的与标尺板74相对的面上。投光部76是朝向标尺板74照射光的发光元件。受光部77是对由标尺板74的光学图案反射出的光进行受光的受光元件。投光部76的一个例子是激光二极管或者发光二极管，受光部77的一个例子是光电二极管。
磁传感器30设置于基板75的与标尺板74相对的面的相反侧的面上。使用发电元件100的稳定的电源供给及脉冲输出这一特征，使用将发电元件100及控制部40组合而成的图31所示的磁传感器30而作为无电源传感器。磁传感器30的结构在实施方式7进行了说明，因此省略。
如以上所述，毂部件73、标尺板74、磁场产生部11、投光部76及受光部77由壳体71及基板75包围。
在反射型光学式编码器70中，在旋转轴72旋转时，从投光部76照射光，通过受光部77对由标尺板74上的光学图案反射出的光即反射光的光量变化进行检测。由此，对旋转角度及旋转速度进行检测。另外，通过与毂部件73的旋转相伴而从磁场产生部11释放的磁力的方向变化而由发电元件100发电。由此，对从基准位置起的旋转数进行检测。旋转轴72与电动机80的电动机旋转轴81连接，与电动机旋转轴81的旋转一起旋转。因此，反射型光学式编码器70对旋转轴72的旋转角度、旋转数及旋转速度进行检测，由此能够对电动机80的旋转角度、旋转数及旋转速度进行检测。
此外，在图33中，示出了磁场产生部11设置于毂部件73的对标尺板74进行安装的面的相反侧的情况，但也可以设置于毂部件73和标尺板74之间。在该情况下，能够省略对毂部件73和磁场产生部11进行固定的工序，能够实现生产效率的提高。并且，可以将毂部件73由磁场产生部11构成。磁场产生部11具有毂部件73的功能，由此能够削减构成反射型光学式编码器70的部件个数，能够使生产效率提高。在该情况下，作为毂部件73的材料，能够使用在塑料材料等中分散有磁性颗粒的材料。通过使用该材料，从而能够通过注塑成型将毂部件73容易地成型为各种形状。另外，毂部件73并不限于使磁性颗粒分散于塑料材料等而形成的结构，也可以通过铁素体磁铁、铝镍钴磁铁或者稀土类磁铁材料形成。
实施方式8所涉及的反射型光学式编码器70具有在实施方式7中说明的磁传感器30而作为无电源传感器，因此具有能够通过无电源而提供可靠性高的编码器这一效果。另外，在上述说明中，举例出反射型光学式编码器70，但如果是具有磁传感器30的编码器，则能够应用实施方式1至5所示的发电元件100，能够得到与反射型光学式编码器70相同的效果。
以上的实施方式所示的结构表示一个例子，也能够与其他公知技术组合，也能够将实施方式彼此组合，在不脱离主旨的范围也能够将结构的一部分省略、变更。
标号的说明
1、1A磁性部件，2发电用线圈，3聚磁部件，11磁场产生部，15端子，21末端线，30磁传感器，31、31a、31b插入贯穿部，32边界面，33、33a第1结构部，34第2结构部，40控制部，51内切圆，52中心，60外部磁场，61、61a、61b、61c、61d、61e磁通，62磁场，70反射型光学式编码器，71壳体，71a第1壳体，71b第2壳体，72旋转轴，73毂部件，74标尺板，75基板，76投光部，77受光部，80电动机，81电动机旋转轴，100、100a、100b、100c、100d、100e发电元件，101、101a、101b、101c、102a、102b、102c单位构造部，111A、111B磁铁结构部，112旋转中心，311、312凹部。
Claims (20)
1.一种发电元件，其特征在于，具有：
具有：磁性部件，其由产生大巴克豪森效应的磁性材料构成；
发电用线圈，经过所述磁性部件的磁通进行交链；以及
2个聚磁部件，它们具有供所述磁性部件插入贯穿的插入贯穿部，以通过将所述磁性部件插入贯穿于所述插入贯穿部而与所述磁性部件接触的方式设置于所述磁性部件的两端部，包含软磁性材料，
所述聚磁部件在将经过具有与第3方向的所述插入贯穿部的长度相同的直径且与所述插入贯穿部内切的假想的内切圆的中心，与将第2方向设为法线矢量的假想的面平行的假想的面设为边界面的情况下，具有从所述边界面处于所述磁场产生部的相反侧的第1结构部和从所述边界面处于所述磁场产生部侧的第2结构部，该第3方向是与所述插入贯穿部中的供所述磁性部件插入贯穿的方向即第1方向和在从所述聚磁部件观察时对将磁场施加至所述磁性部件的磁场产生部进行配置的方向即所述第2方向这两者垂直的方向，
所述第2结构部的体积大于所述第1结构部的体积。
2.根据权利要求1所述的发电元件，其特征在于，
所述发电用线圈卷绕于所述磁性部件而配置。
3.根据权利要求1所述的发电元件，其特征在于，
所述发电用线圈沿所述磁性部件而配置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的发电元件，其特征在于，
所述磁性部件为线状。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的发电元件，其特征在于，
所述聚磁部件在所述插入贯穿部中在所述磁场产生部的配置位置相反侧的位置处与所述磁性部件接触。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的发电元件，其特征在于，
所述聚磁部件与所述磁场产生部相对的面平坦。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的发电元件，其特征在于，
所述聚磁部件与所述磁场产生部相对的面弯曲。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的发电元件，其特征在于，
所述插入贯穿部是将所述聚磁部件贯通的孔。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的发电元件，其特征在于，
所述插入贯穿部是从与所述磁场产生部相对的面朝向所述第1结构部设置的凹部。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的发电元件，其特征在于，
所述聚磁部件是从与所述磁场产生部相对的面的相反侧的面朝向所述第2结构部设置的凹部。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的发电元件，其特征在于，
所述聚磁部件能够分离为包含所述第1结构部的部件及包含所述第2结构部的部件。
12.根据权利要求11所述的发电元件，其特征在于，
所述第1结构部及所述第2结构部由软磁性材料构成。
13.根据权利要求11所述的发电元件，其特征在于，
所述第1结构部由非磁性材料构成，
所述第2结构部由软磁性材料构成。
14.根据权利要求1至11中任一项所述的发电元件，其特征在于，
所述聚磁部件由冷轧制钢板构成。
15.根据权利要求1至13中任一项所述的发电元件，其特征在于，
所述软磁性材料是从由软性铁氧体、坡莫合金、坡曼德合金、硅钢、非晶态磁性合金、纳米晶体磁性合金及铁硅铝构成的组进行选择的材料。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的发电元件，其特征在于，
在将以所述磁性部件、所述发电用线圈和2个所述聚磁部件为1组而设为单位构造部时，具有多个所述单位构造部。
17.一种磁传感器，其特征在于，具有：
权利要求1至16中任1项所记载的发电元件；以及
所述磁场产生部。
18.根据权利要求17所述的磁传感器，其特征在于，
所述磁场产生部的充磁方向是与所述发电元件相对的面相交叉的方向。
19.一种编码器，其特征在于，具有：
权利要求1至16中任1项所记载的发电元件；以及
所述磁场产生部。
20.一种电动机，其特征在于，
具有权利要求19所记载的编码器。
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