DE112013003634T5

DE112013003634T5 - Energieerzeugungselement

Info

Publication number: DE112013003634T5
Application number: DE112013003634.7T
Authority: DE
Inventors: c/o Mitsumi Electric Co. Ltd. Numakunai Takayuki; c/o Mitsumi Electric Co. Ltd. Furukawa Kenichi
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2012-07-23
Filing date: 2013-07-22
Publication date: 2015-04-09
Anticipated expiration: 2033-07-23
Also published as: WO2014017414A1; CN104412503A; JP5915433B2; CN104412503B; US20150325778A1; JP2014023368A; DE112013003634B4; US9525122B2

Abstract

Ein Energieerzeugungselement umfasst einen magnetostriktiven Stab, durch den Magnetkraftlinien in axialer Richtung desselben verlaufen, wobei der magnetostriktive Stab aus einem magnetostriktiven Material gebildet ist; einen magnetischen Stab, der parallel zu dem magnetostriktiven Stab angeordnet ist, wobei der magnetische Stab aus einem magnetischen Material gebildet ist; einen ersten Koppelmechanismus zum Koppeln eines Endabschnitts des magnetostriktiven Stabs und eines Endabschnitts des magnetischen Stabs; einen zweiten Koppelmechanismus zum Koppeln des anderen Endabschnitts des magnetostriktiven Stabs und des anderen Endabschnitts des magnetischen Stabs; und eine Spule, die so vorgesehen ist, dass die Magnetkraftlinien in axialer Richtung derselben innerhalb der Spule verlaufen, und in der eine Spannung auf der Basis der Veränderung der Dichte der Magnetkraftlinien erzeugt wird, die hervorgerufen wird, wenn sich der magnetostriktive Stab dehnt oder zusammenzieht. Ferner ist mindestens einer des einen Endabschnitts und des anderen Endabschnitts des magnetostriktiven Stabs als ein Einschraubabschnitt ausgebildet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenlegung betrifft ein Energieerzeugungselement.
HINTERGRUND
In den vergangenen Jahren ist ein Energieerzeugungselement entwickelt worden, das elektrische Energie durch Anwenden einer Veränderung einer magnetischen Permeabilität eines magnetostriktiven Stabs, der aus einem magnetostriktiven Material gebildet ist, erzeugen kann (siehe zum Beispiel Patentschrift 1).
Zum Beispiel weist eine Energieerzeugungseinheit (Energieerzeugungselement), das in der Patentschrift 1 beschrieben ist, ein stabartiges super-magnetostriktives Teil (magnetostriktiven Stab), zwei Permanentmagneten, die jeweils an beiden Endabschnitten des super-magnetostriktiven Teils angebracht sind, und eine Spule auf, die um das super-magnetostriktive Teil herum gewickelt ist. Wenn das super-magnetostriktive Teil in einer axialen Richtung desselben verformt (oder zusammengedrückt) wird oder in einer rechtwinkligen Richtung zu der axialen Richtung desselben verformt (oder gebogen wird), das heißt, wenn Dehnung und Zusammenziehung in dem super-magnetostriktiven Teil auftreten, verändert sich die magnetische Permeabilität des super-magnetostriktiven Teils. Durch Anwenden der Veränderung der magnetischen Permeabilität des super-magnetostriktiven Teils ist es möglich, ein Magnetfeld um das super-magnetostriktive Teil herum zu verändern und dadurch eine Spannung in der Spule zu erzeugen.
Da die Energieerzeugungseinheit mit einer solchen Konfiguration elektrische Energie durch Anwenden der Dehnung und der Zusammenziehung des super-magnetostriktiven Teils erzeugt, sind starke Verbindungskräfte zwischen dem super-magnetostriktiven Teil und jedem der Permanentmagneten (das heißt, starke Verbindungskräfte zwischen dem super-magnetostriktiven Teil und anderen Komponenten) erforderlich. Insbesondere ist eine starke Verbindungskraft speziell dann erforderlich, wenn sich das super-magnetostriktive Teil dehnt. Es ist jedoch schwer zu sagen, dass die in der Patentschrift 1 beschriebene Energieerzeugungseinheit ausreichende Verbindungskräfte zwischen diesen Komponenten aufweist.
DOKUMENT ZUM EINSCHLÄGIGEN STAND DER TECHNIK
PATENTSCHRIFT

Patentschrift 1: JP H09-90065A

ZUSAMMENFASSENDER ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die oben genannten Probleme erdacht worden. Entsprechend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Energieerzeugungselement zur Verfügung zu stellen, bei dem ein magnetostriktiver Stab zuverlässig an anderen Komponenten befestigt ist und das auf effiziente Weise elektrische Energie erzeugen kann.
Zur Lösung der oben beschriebenen Aufgabe weist die vorliegende Erfindung die folgenden Merkmale (1) bis (13) auf.

(1) Ein Energieerzeugungselement, das umfasst: einen magnetostriktiven Stab, durch den Magnetkraftlinien in axialer Richtung desselben verlaufen, wobei der magnetostriktive Stab aus einem magnetostriktiven Material gebildet ist; einen magnetischen Stab, der parallel zu dem magnetostriktiven Stab angeordnet ist, wobei der magnetische Stab aus einem magnetischen Material gebildet ist; einen ersten Koppelmechanismus zum Koppeln eines Endabschnitts des magnetostriktiven Stabs und eines Endabschnitts des magnetischen Stabs; einen zweiten Koppelmechanismus zum Koppeln des anderen Endabschnitts des magnetostriktiven Stabs und des anderen Endabschnitts des magnetischen Stabs; und eine Spule, die so vorgesehen ist, dass die Magnetkraftlinien in axialer Richtung derselben innerhalb der Spule verlaufen, und in der eine Spannung auf der Basis der Veränderung der Dichte der Magnetkraftlinien erzeugt wird, die hervorgerufen wird, wenn sich der magnetostriktive Stab dehnt oder zusammenzieht, wobei mindestens einer des einen Endabschnitts und des anderen Endabschnitts des magnetostriktiven Stabs als ein Einschraubabschnitt ausgebildet ist.
(2) Das Energieerzeugungselement nach (1) oben, wobei ein effektiver Querschnittbereich des Einschraubabschnitts größer ist als ein Querschnittbereich eines anderen Abschnitts als des einen Endabschnitts und des anderen Endabschnitts des magnetostriktiven Stabs.
(3) Das Energieerzeugungselement nach (1) oder (2) oben, wobei der magnetostriktive Stab einen vorstehenden Abschnitt aufweist, der an einem anderen Abschnitt als dem einen Endabschnitt und dem anderen Endabschnitt des magnetostriktiven Stabs in einer Umfangsrichtung desselben vorgesehen ist.
(4) Das Energieerzeugungselement nach (3) oben, wobei der vorstehende Abschnitt so vorgesehen ist, dass er in der axialen Richtung des magnetostriktiven Stabs bewegbar und um eine Achse des magnetostriktiven Stabs herum drehbar ist.
(5) Das Energieerzeugungselement nach einem von (1) bis (4) oben, wobei die Spule um einen anderen Abschnitt als den einen Endabschnitt und den anderen Endabschnitt des magnetostriktiven Stabs herum vorgesehen ist, um den Abschnitt des magnetostriktiven Stabs zu umgeben.
(6) Das Energieerzeugungselement nach einem von (1) bis (5) oben, das ferner umfasst: einen Magneten zum Erzeugen der Magnetkraftlinien, wobei der Magnet so vorgesehen ist, dass er mit dem einen Endabschnitt des magnetostriktiven Stabs in Kontakt kommt; und einen Verbindungsabschnitt zum Verbinden des Magneten und des einen Endabschnitts des magnetischen Stabs, wobei der Verbindungsabschnitt aus einem magnetischen Material gebildet ist.
(7) Das Energieerzeugungselement nach (6) oben, wobei der Verbindungsabschnitt einstückig mit dem magnetischen Stab ausgebildet ist.
(8) Das Energieerzeugungselement nach einem von (1) bis (7) oben, wobei der eine Endabschnitt des magnetostriktiven Stabs als ein Einschraubabschnitt ausgebildet ist, und wobei der erste Koppelmechanismus einen ersten Blockkörper, in dem ein Innengewindeabschnitt, der mit dem Einschraubabschnitt verschraubt wird, ausgebildet ist, und eine Befestigungsstruktur zum Befestigen des einen Endabschnitts des magnetischen Stabs an dem ersten Blockkörper aufweist.
(9) Das Energieerzeugungselement nach (8) oben, wobei die Befestigungsstruktur eine Schraube zum Befestigen des einen Endabschnitts des magnetischen Stabs an dem ersten Blockkörper und ein Gewindeloch aufweist, das in dem ersten Blockkörper ausgebildet ist und mit der Schraube verschraubt wird.
(10) Das Energieerzeugungselement nach (8) oben, wobei der eine Endabschnitt des magnetischen Stabs ebenfalls als ein Einschraubabschnitt ausgebildet ist, und wobei die Befestigungsstruktur den Einschraubabschnitt des magnetischen Stabs und einen zweiten Innengewindeabschnitt aufweist, der in dem ersten Bock ausgebildet ist und mit dem Einschraubabschnitt des magnetischen Stabs verschraubt wird.
(11) Das Energieerzeugungselement nach einem von (1) bis (10) oben, wobei der andere Endabschnitt des magnetostriktiven Stabs zu dem Einschraubabschnitt ausgebildet ist, und wobei der zweite Koppelmechanismus einen Plattenabschnitt, der auf einer Seite des anderen Endabschnitts des magnetischen Stabs vorgesehen ist, ein Durchgangsloch aufweist, durch das der Einschraubabschnitt verlaufen kann, und aus einem magnetischen Material gebildet ist, und einen zweiten Blockkörper aufweist, in dem ein Innengewindeabschnitt ausgebildet ist, der mit dem Einschraubabschnitt, welcher durch das Durchgangsloch verläuft, verschraubt wird.
(12) Das Energieerzeugungselement nach (11) oben, wobei der Plattenabschnitt einstückig mit dem magnetischen Stab ausgebildet ist.
(13) Das Energieerzeugungselement nach (11) oben, wobei der andere Endabschnitt des magnetischen Stabs ebenfalls als ein Einschraubabschnitt ausgebildet ist, wobei der Plattenabschnitt ein zweites Durchgangsloch aufweist, durch das der Einschraubabschnitt des magnetischen Stabs verlaufen kann, und wobei das Energieerzeugungselement ferner einen dritten Blockkörper umfasst, in dem ein Innengewindeabschnitt ausgebildet ist, der mit dem Einschraubabschnitt des magnetischen Stabs, welcher durch das zweite Durchgangsloch verläuft, verschraubt wird.

WIRKUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den magnetostriktiven Stab zuverlässig an den anderen Komponenten zu befestigen und dadurch auf effiziente Weise die Dehnung und die Zusammenziehung des magnetostriktiven Stabs zu ermöglichen. Folglich ist es möglich, die Energieerzeugungseffizienz zu verbessern.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht mit Darstellung eines Energieerzeugungselements nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine perspektivische Explosionsansicht mit Darstellung des in 1 gezeigten Energieerzeugungselements.
3 ist eine vertikale Querschnittansicht (entlang einer in 1 gezeigten Line A-A) mit Darstellung des in 1 gezeigten Energieerzeugungselements.
4 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils einer distalen Seite eines Energieerzeugungselements nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine perspektivische Explosionsansicht mit Darstellung eines Energieerzeugungselements nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine vertikale Querschnittansicht mit Darstellung des in 5 gezeigten Energieerzeugungselements.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend wird ein Energieerzeugungselement gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen, die in den beiliegenden Zeichnungen gezeigt sind, genauer beschrieben.
<Erste Ausführungsform>
Zuerst erfolgt eine Beschreibung eines Energieerzeugungselements nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1 ist eine perspektivische Ansicht mit Darstellung des Energieerzeugungselements nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht mit Darstellung des in 1 gezeigten Energieerzeugungselements. 3 ist eine vertikale Querschnittansicht (entlang einer in 1 gezeigten Linie A-A) mit Darstellung des in 1 gezeigten Energieerzeugungselements.
Nachstehend wird eine obere Seite in jeder von 1 bis 3 als ”obere” oder ”obere Seite” bezeichnet, und eine untere Seite in jeder von 1 bis 3 wird als ”untere” oder ”untere Seite” bezeichnet. Ferner wird eine rechte Seite in jeder von 1 bis 3 als ”distale Seite” bezeichnet, und eine linke Seite in jeder von 1 bis 3 wird als ”proximale Seite” bezeichnet.
Ein in 1 und 2 gezeigtes Energieerzeugungselement 1 umfasst einen magnetostriktiven Stab 2, durch den Magnetkraftlinien in einer axialen Richtung desselben verlaufen, einen magnetischen Stab 3, der parallel zu dem magnetostriktiven Stab 2 angeordnet ist, eine Spule 5, die um den magnetostriktiven Stab 2 herum vorgesehen ist, einen ersten Koppelmechanismus 6 zum Koppeln eines proximalen Endabschnitts (des einen Endabschnitts) des magnetostriktiven Stabs 2 und eines proximalen Endabschnitts (des einen Endabschnitts) des magnetischen Stabs 3, einen zweiten Koppelmechanismus 7 zum Koppeln eines distalen Endabschnitts (des anderen Endabschnitts) des magnetostriktiven Stabs 2 und eines distalen Endabschnitts (des anderen Endabschnitts) des magnetischen Stabs 3 und einen Magnetfeld-Anlegemechanismus 8 zum Anlegen eines Vorspann-Magnetfelds an den magnetostriktiven Stab 2.
Bei dem Energieerzeugungselement 1 mit einer solchen Konfiguration kann sich der magnetostriktive Stab 2 durch Verschieben des distalen Endabschnitts (des anderen Endabschnitts) des magnetostriktiven Stabs 2 relativ zu dem proximalen Endabschnitt (dem einen Endabschnitt) des magnetostriktiven Stabs 2 in einer Richtung im Wesentlichen rechtwinklig zu der axialen Richtung des magnetostriktiven Stabs 2 dehnen und zusammenziehen. Mit anderen Worten kann sich der magnetostriktive Stab 2 durch Bewegen des distalen Endabschnitts relativ zu dem proximalen Endabschnitt des magnetostriktiven Stabs 2 in einer vertikalen Richtung dehnen und zusammenziehen, wie in 3 gezeigt ist. Dabei verändert sich die magnetische Permeabilität des magnetostriktiven Stabs 2 aufgrund eines inversen magnetostriktiven Effekts. Diese Veränderung der magnetischen Permeabilität führt zu einer Veränderung der Dichte der Magnetkraftlinien, die durch den magnetostriktiven Stab 2 verlaufen, wodurch eine Spannung in der Spule 5 erzeugt wird.
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung einer Konfiguration jeder Komponente des Energieerzeugungselements 1 gemäß der vorliegenden Erfindung.
<<Magnetostriktiver Stab 2>>
Der magnetostriktive Stab 2 ist aus einem magnetostriktiven Material gebildet und so angeordnet, dass eine Richtung, in der eine Magnetisierung auf einfache Weise erzeugt wird (Richtung einer einfachen Magnetisierung), zu der axialen Richtung desselben wird. Bei dieser Ausführungsform weist der magnetostriktive Stab 2 eine längsverlaufende Säulenform auf, und die Magnetkraftlinien verlaufen in der axialen Richtung desselben durch den magnetostriktiven Stab 2.
Der magnetostriktive Stab 2 umfasst einen Hauptkörper 21, einen Einschraubabschnitt 22 auf der proximalen Seite (manchmal als ”der eine Endabschnitt” oder ”proximaler Endabschnitt” bezeichnet), der auf einer proximalen Seite des Hauptkörpers 21 vorgesehen ist, und einen Einschraubabschnitt 23 auf der distalen Seite (manchmal als ”der andere Endabschnitt” oder ”distaler Endabschnitt” bezeichnet), der auf einer distalen Seite des Hauptkörpers 21 vorgesehen ist. Der magnetostriktive Stab 2 ist über den Einschraubabschnitt 22 auf der proximalen Seite mit dem ersten Koppelmechanismus 6 gekoppelt und über den Einschraubabschnitt 23 auf der distalen Seite mit dem zweiten Koppelmechanismus 7 gekoppelt.
Eine effektiver Querschnittbereich (effektiver Durchmesser) des Einschraubabschnitts 22 auf der proximalen Seite ist so eingestellt, dass er größer ist als ein Querschnittbereich (Durchmesser) des Hauptkörpers 21. Durch Einstellen des effektiven Querschnittbereichs des Einschraubabschnitts 22 auf der proximalen Seite so, dass er die oben genannte Beziehung erfüllt, ist es möglich, eine Verbindungskraft zwischen einem ersten Blockkörper 61 des ersten Koppelmechanismus 6 und dem Einschraubabschnitt 22 auf der proximalen Seite, wo eine besonders große Last aufgebracht wird, wenn sich der magnetostriktive Stab 2 dehnt oder zusammenzieht, zu verbessern. Andererseits wird ein effektiver Querschnittbereich (effektiver Durchmesser) des Einschraubabschnitts 23 auf der distalen Seite so eingestellt, dass er im Wesentlichen dem Querschnittbereich (Durchmesser) des Hauptkörpers 21 gleich ist.
Der magnetostriktive Stab 2 weist ferner einen kreisförmigen Flanschabschnitt 24 auf, der so auf der proximalen Seite des Hauptkörpers 21 vorgesehen ist, dass er sich zwischen dem Einschraubabschnitt 23 auf der distalen Seite und dem Einschraubabschnitt 22 auf der proximalen Seite befindet. Der kreisförmige Flanschabschnitt 24 ist so in einer Umfangsrichtung des Hauptkörpers 21 an dem Hauptkörper 21 ausgebildet, dass er sich zu dem Einschraubabschnitt 22 auf der proximalen Seite fortsetzt. Eine Umfangsfläche des Flanschabschnitts 24 bildet eine sich neigende Fläche in der axialen Richtung des magnetostriktiven Stabs 2. Andererseits weist der magnetostriktive Stab 2 ferner einen kreisförmigen Flanschabschnitt 25 auf, der so auf der distalen Seite des Hauptkörpers 21 vorgesehen ist, dass er sich zwischen dem Einschraubabschnitt 22 auf der proximalen Seite und dem Einschraubabschnitt 23 auf der distalen Seite befindet. Der kreisförmige Flanschabschnitt 25 ist in einer Umfangsrichtung des Hauptkörpers 21 an dem Hauptkörper 21 ausgebildet. Eine distale Endfläche des Flanschabschnitts 25 bildet eine Ebene, die im Wesentlichen rechtwinklig zu der axialen Richtung des magnetostriktiven Stabs 2 verläuft, und eine Umfangsfläche des Flanschabschnitts 25 bildet eine sich neigende Fläche in der axialen Richtung des magnetostriktiven Stabs 2.
Ein durchschnittlicher Querschnittbereich des Hauptkörpers 21 liegt vorzugsweise im Bereich von ungefähr 0,2 bis 10,0 mm² und stärker bevorzugt im Bereich von ungefähr 0,7 bis 7,0 mm². Eine Länge des Hauptkörpers 21 liegt vorzugsweise im Bereich von ungefähr 5 bis 40 mm und stärker bevorzugt im Bereich von ungefähr 10 bis 30 mm.
Der effektive Querschnittbereich des Einschraubabschnitts 22 auf der proximalen Seite ist vorzugsweise gleich dem oder mehr als 1,5 Mal so groß wie der durchschnittliche Querschnittbereich des Hauptkörpers 21 und stärker bevorzugt gleich ungefähr 2,0 Mal so groß wie der durchschnittliche Querschnittbereich des Hauptkörpers 21. Eine Länge des Einschraubabschnitts 22 auf der proximalen Seite ist vorzugsweise gleich dem oder mehr als 0,5 Mal so groß wie der durchschnittliche Querschnittbereich (durchschnittliche Durchmesser) des Hauptkörpers 21 und stärker bevorzugt gleich ungefähr 2,0 Mal so groß wie der durchschnittliche Querschnittbereich (durchschnittliche Durchmesser) des Hauptkörpers 21. Durch jeweiliges Einstellen dieser Parameter des Einschraubabschnitts 22 auf der proximalen Seite so, dass sie die oben genannten Beziehungen erfüllen, ist es möglich, die Verbindungskraft zwischen dem ersten Blockkörper 61 und dem Einschraubabschnitt 22 auf der proximalen Seite weiter zu verbessern.
Andererseits ist der effektive Querschnittbereich des Einschraubabschnitts 23 auf der distalen Seite vorzugsweise gleich dem oder mehr als 1,0 Mal so groß wie der durchschnittliche Querschnittbereich des Hauptkörpers 21 und stärker bevorzugt gleich ungefähr 1,5 Mal so groß wie der durchschnittliche Querschnittbereich des Hauptkörpers 21. Eine Länge des Einschraubabschnitts 23 auf der distalen Seite ist vorzugsweise gleich dem oder mehr als 0,5 Mal so groß wie der durchschnittliche Querschnittbereich (durchschnittliche Durchmesser) des Hauptkörpers 21 und stärker bevorzugt gleich ungefähr 2,0 Mal so groß wie der durchschnittliche Querschnittbereich (durchschnittliche Durchmesser) des Hauptkörpers 21. Durch jeweiliges Einstellen dieser Parameter des Einschraubabschnitts 23 auf der distalen Seite so, dass sie die oben genannten Beziehungen erfüllen, ist es möglich, eine Verbindungskraft zwischen dem Einschraubabschnitt 23 auf der distalen Seite und einem zweiten Blockkörper 72 weiter zu verbessern.
Ferner ist ein maximaler Querschnittbereich des Flanschabschnitts 25 vorzugsweise gleich dem oder mehr als 1,5 Mal so groß wie der effektive Querschnittbereich des Einschraubabschnitts 23 auf der distalen Seite und stärker bevorzugt gleich ungefähr 2,0 Mal so groß wie der effektive Querschnittbereich des Einschraubabschnitts 23 auf der distalen Seite.
Ein Young-Modul des magnetostriktiven Materials für den magnetostriktiven Stab 2 liegt vorzugsweise im Bereich von ungefähr 40 bis 100 GPa, stärker bevorzugt im Bereich von ungefähr 50 bis 90 GPa und noch stärker bevorzugt im Bereich von ungefähr 60 bis 80 GPa. Durch Ausbilden des magnetostriktiven Stabs 2 aus dem magnetostriktiven Material mit dem oben genannten Young-Modul ist es möglich, dass sich der magnetostriktive Stab 2 viel stärker dehnt oder zusammenzieht. Da dadurch ermöglicht wird, dass sich die magnetische Permeabilität des magnetostriktiven Stabs 2 viel stärker verändert, ist es möglich, die Energieerzeugungseffizienz des Energieerzeugungselements 1 (der Spule 5) weiter zu verbessern.
Das magnetostriktive Material mit dem oben genannten Young-Modul ist nicht speziell auf eine spezifische Art beschränkt. Beispiele für ein solches magnetostriktives Material umfassen eine Eisen-Gallium-basierte Legierung, eine Eisen-Kobalt-basierte Legierung, eine Eisen-Nickel-basierte Legierung und eine Kombination aus zwei oder mehr dieser Materialien. Von diesen wird vorzugsweise ein magnetostriktives Material, das eine Eisen-Gallium-basierte Legierung (mit einem Young-Modul von ungefähr 70 GPa) als eine Hauptkomponenten desselben aufweist, verwendet.
Ein Young-Modul des magnetostriktiven Materials, das die Eisen-Gallium-basierte Legierung (insbesondere eine Eisen-Gallium-basierte Legierung, die Gallium in einer Menge von 15 bis 20 Gew.-% aufweist) als die Hauptkomponente desselben aufweist, wird daher auf einfache Weise so eingestellt, dass er in den oben genannten Bereich fällt. Ferner ist es, da ein solches magnetostriktives Material eine moderate Dehnungsfähigkeit aufweist, einfach, den Einschraubabschnitt 22 auf der proximalen Seite und den Einschraubabschnitt 23 auf der distalen Seite zum Beispiel mittels einer Schneidbearbeitung, einer Drahterodierbearbeitung, einer Laserbearbeitung oder dergleichen auszubilden. Somit ist es möglich, die Bearbeitungskosten für den magnetostriktiven Stab 2 zu verringern.
Ferner wird bevorzugt, dass das oben beschriebene magnetostriktive Material mindestens ein seltenes Erdmetall, wie z. B. Y, Pr, Sm, Tb, Dy, Ho, Er und Tm enthält. Durch Verwenden des magnetostriktiven Materials, das ein solches seltenes Erdmetall enthält, ist es möglich, die Veränderung der magnetischen Permeabilität des magnetostriktiven Stabs 2 zu vergrößern. Dieser magnetostriktive Stab 2 ist parallel zu dem magnetischen Stab 3 angeordnet.
<<Magnetischer Stab 3>>
Der magnetische Stab 3 ist aus einem magnetischen Material gebildet und so angeordnet, dass die Magnetkraftlinien, die durch den magnetostriktiven Stab 2 verlaufen, in einer axialen Richtung desselben durch den magnetischen Stab 3 verlaufen. Bei dieser Ausführungsform weist der magnetische Stab 3 eine längsverlaufende plattenartige Form mit einer im Wesentlichen konstanten Dicke auf.
Der magnetische Stab 3 weist einen Hauptkörper 31 und einen vergrößerten Abschnitt (den anderen Endabschnitt) 39 auf, der an einem proximalen Endabschnitt des Hauptkörpers 31 vorgesehen ist. Eine Breite des vergrößerten Abschnitts 39 ist breiter als diejenige des Hauptkörpers 31. Der magnetische Stab 3 ist über den vergrößerten Abschnitt 39 mit dem ersten Koppelmechanismus 6 gekoppelt und über einen distalen Endabschnitt desselben mit dem zweiten Koppelmechanismus 7 gekoppelt.
Zwei Durchgangslöcher 391, 392 sind so in dem vergrößerten Abschnitt 39 ausgebildet, dass sie in einer Dickenrichtung desselben durch den vergrößerten Abschnitt 39 verlaufen. Schrauben 62, 63 (die nachstehend beschrieben werden) des ersten Koppelmechanismus 6 sind jeweils in die Durchgangslöcher 391, 392 eingesetzt.
Eine durchschnittliche Dicke des magnetischen Stabs 3 ist von einem Fertigungsmaterial für den magnetischen Stab 3 abhängig, die durchschnittliche Dicke liegt jedoch vorzugsweise im Bereich von ungefähr 0,5 bis 3,0 mm und stärker bevorzugt im Bereich von ungefähr 0,8 bis 2,0 mm. Durch Einstellen der durchschnittlichen Dicke des magnetischen Stabs 3 so, dass sie in den oben genannten Bereich fällt, ist es möglich, einen Anstieg einer Größe des Energieerzeugungselements 1 zu verhindern und dem Energieerzeugungselement 1 eine ausreichende mechanische Festigkeit zu verleihen.
Obwohl sich ein Young-Modul des magnetischen Materials, das den magnetischen Stab 3 bildet, von dem Young-Modul des magnetostriktiven Materials, das den magnetostriktiven Stab 2 bildet, unterscheiden kann, ist der Young-Modul des magnetischen Materials, das den magnetischen Stab 3 bildet, vorzugsweise dem Young-Modul des magnetostriktiven Materials im Wesentlichen gleich. Durch Einstellen des Young-Moduls des magnetischen Materials, das den magnetischen Stab 3 bildet, gleich dem Young-Modul des magnetostriktiven Materials ist es möglich, den magnetostriktiven Stab 2 zuverlässig und sanft in der vertikalen Richtung zu verschieben, wie in 3 gezeigt ist. Insbesondere liegt der Young-Modul des magnetischen Materials vorzugsweise im Bereich von ungefähr 40 bis 100 GPa, stärker bevorzugt im Bereich von ungefähr 50 bis 90 GPa und noch stärker bevorzugt im Bereich von ungefähr 60 bis 80 GPa.
Das magnetische Material mit dem oben genannten Young-Modul ist nicht speziell auf eine spezifische Art beschränkt. Beispiele für ein solches magnetisches Material umfassen ein reines Eisen (z. B. ”JIS SUY”), ein Weicheisen, einen Kohlenstoffstahl, einen magnetischen Stahl (Siliziumstahl), einen Schnellstahl, einen Baustahl (z. B. ”JIS SS400”), ein nichtrostendes Permalloy und eine Kombination aus zwei oder mehr dieser magnetischen Materialien.
Die Spule 5 ist so um den Hauptkörper 21 des magnetostriktiven Stabs 2 herum (um den Hauptkörper 21 des magnetostriktiven Stabs 2 herum) vorgesehen, dass sie den Hauptkörper 21 umgibt.
<<Spule 5>>
Die Spule 5 ist durch Wickeln eines Drahts um den Hauptkörper 21 ausgebildet. Bei einer solchen Konfiguration ist die Spule 5 so vorgesehen, dass die Magnetkraftlinien, die durch den magnetostriktiven Stab 2 verlaufen, innerhalb der Spule 5 (einer inneren Ausnehmung der Spule 5) in einer axialen Richtung der Spule 5 verlaufen (bei dieser Ausführungsform ist die axiale Richtung der Spule 5 äquivalent zu der axialen Richtung des magnetostriktiven Stabs 2). Auf der Basis der Veränderung der magnetischen Permeabilität des magnetostriktiven Stabs 2, das heißt, auf der Basis der Veränderung der Dichte der Magnetkraftlinien, die durch den magnetostriktiven Stab 2 verlaufen, wird die Spannung in der Spule 5 erzeugt.
Ein Typ des Drahts ist nicht speziell auf einen spezifischen Typ beschränkt. Beispiele für den Typ des Drahts umfassen einen Draht, der durch Bedecken einer Kupferbasis mit einer isolierenden Schicht erhalten wird, einen Draht, der durch Bedecken einer Kupferbasis mit einer isolierenden Schicht, der eine Klebe-(Verschmelzungs-)Funktion verliehen worden ist, erhalten wird, und eine Kombination aus zwei oder mehr dieser Drähte.
Die Wicklungszahl des Drahts ist in Abhängigkeit von einem Querschnittbereich und dergleichen des Drahts zweckdienlich eingestellt. Die Wicklungszahl des Drahts ist nicht speziell auf eine spezifische Zahl beschränkt, sie liegt jedoch vorzugsweise im Bereich von ungefähr 100 bis 500 und stärker bevorzugt im Bereich von ungefähr 150 bis 450.
Ferner liegt der Querschnittbereich des Drahts vorzugsweise im Bereich von ungefähr 5 × 10^–4 bis 0,126 mm² und stärker bevorzugt im Bereich von ungefähr 2 × 10^–3 bis 0,03 mm².
Eine Querschnittform des Drahts kann jede Form sein. Beispiele für die Querschnittform des Drahts umfassen eine polygonale Form, wie z. B. eine dreieckige Form, eine quadratische Form, eine rechteckige Form und eine hexagonale Form; eine kreisförmige Form und eine elliptische Form.
Der auf der proximalen Seite befindliche Einschraubabschnitt 22 des magnetostriktiven Stabs 2 ist über den ersten Koppelmechanismus 6 mit dem vergrößerten Abschnitt 39 des magnetischen Stabs 3 gekoppelt.
<<Erster Koppelmechanismus 6>>
Der erste Koppelmechanismus 6 dient als ein Befestigungsabschnitt zum Befestigen des Energieerzeugungselements 1 an einer Umfassung (Gehäuse) oder dergleichen. Wenn das Energieerzeugungselement 1 über den ersten Koppelmechanismus 6 an der Umfassung oder dergleichen befestigt ist, wird das Energieerzeugungselement 1 in einem solchen vorgekragten Zustand getragen, dass ein proximaler Endabschnitt des Energieerzeugungselements 1 als ein feststehender Endabschnitt dient und ein distaler Endabschnitt des Energieerzeugungselements 1 als ein bewegbarer Endabschnitt dient.
Bei dieser Ausführungsform weist der erste Koppelmechanismus 6 den ersten Blockkörper 61 mit einer rechteckigen Quaderform und die Schrauben 62, 63 auf. Der erste Blockkörper 61 umfasst einen Innengewindeabschnitt 611, der in einer distalen Endfläche des ersten Blockkörpers 61 ausgebildet ist, einen Magnetaufnahmeabschnitt 612, der eine Öffnung aufweist und in einer proximalen Endfläche des ersten Blockkörpers 61 ausgebildet ist, und zwei Gewindelöcher 613, 614, die in einer oberen Fläche des ersten Blockkörpers 61 ausgebildet sind. Der Innengewindeabschnitt 611 ist so ausgebildet, dass er mit dem auf der proximalen Seite befindlichen Einschraubabschnitt 22 des magnetostriktiven Stabs 2 verschraubt wird. Die Gewindelöcher 613, 614 sind so ausgebildet, dass sie jeweils mit den Schrauben 62, 63 verschraubt werden. Ferner ist der Magnetaufnahmeabschnitt 612 so ausgebildet, dass er einen Permanentmagneten 81 aufnimmt, wie nachstehend beschrieben wird.
Der Innengewindeabschnitt 611 und der Magnetaufnahmeabschnitt 612 sind konzentrisch (koaxial) zueinander in einer axialen Richtung des ersten Blockkörpers 61 in dem ersten Blockkörper 61 ausgebildet. Ferner sind der Innengewindeabschnitt 611 und der Magnetaufnahmeabschnitt 612 so ausgebildet, dass sie miteinander in Verbindung stehen. Diese Konfiguration kann ermöglichen, dass eine distale Endfläche des Permanentmagneten 81, der in dem Magnetaufnahmeabschnitt 612 aufgenommen ist, mit einer proximalen Endfläche des Einschraubabschnitts 22 auf der proximalen Seite, der in den Innengewindeabschnitt 611 eingeschraubt ist, in Kontakt kommt, wie in 3 gezeigt ist.
Die Schrauben 62, 63 sind jeweils durch die Durchgangslöcher 391, 392, die in dem vergrößerten Abschnitt 39 des magnetischen Stabs 3 ausgebildet sind, in die Gewindelöcher 613, 614 eingeschraubt. Durch das Schrauben wird der magnetische Stab 3 an dem ersten Blockkörper 61 befestigt. Somit weist bei dieser Ausführungsform eine Befestigungsstruktur zum Befestigen des vergrößerten Abschnitts (des einen Endabschnitts) 39 des magnetischen Stabs 3 an dem ersten Blockkörper 61 die Schrauben 62, 63 und die Gewindelöcher 613, 614 auf.
Bei der Befestigungsstruktur ist es zum Beispiel durch Ausbilden der Gewindelöcher 613, 614 so, dass diese in einer Dickenrichtung desselben durch den ersten Blockkörper 61 verlaufen, und Auslegen der Schrauben 62, 63 so, dass sie länger sind, so dass distale Abschnitte der Schrauben 62, 63 von dem Energieerzeugungselement 1 vorstehen, möglich, die distalen Endabschnitte der Schrauben 62, 63, die von dem Energieerzeugungselement 1 vorstehen, zum Befestigen des Erzeugungselements 1 an der Umfassung oder dergleichen zu verwenden.
Wie nachstehend beschrieben wird, ist es bei dieser Ausführungsform, da die Verbindung zwischen dem proximalen Endabschnitt des magnetostriktiven Stabs 2 und dem proximalen Endabschnitt des magnetischen Stabs 3 durch den Magnetfeld-Anlegemechanismus 8 erreicht wird, möglich, den ersten Blockkörper 61 aus einem nichtmagnetischen Material zu bilden. Das nichtmagnetische Material für den ersten Blockkörper 61 ist nicht speziell auf eine spezifische Art beschränkt. Beispiele für das nichtmagnetische Material umfassen ein metallisches Material, ein Halbleitermaterial, ein keramisches Material, ein Harzmaterial und eine Kombination aus zwei oder mehr dieser Materialien. Im Fall der Verwendung des Harzmaterials als das nichtmagnetische Material für den ersten Blockkörper 61 wird bevorzugt, dass ein Füllmaterial dem Harzmaterial hinzugefügt wird. Von diesen wird vorzugsweise ein nichtmagnetisches Material, das ein metallisches Material als eine Hauptkomponente desselben aufweist, verwendet, und stärker bevorzugt wird ein nichtmagnetisches Material verwendet, das mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Magnesium, Zink, Kupfer und einer Legierung, die mindestens eines dieser Materialien aufweist, als eine Hauptkomponente desselben aufweist.
Andererseits wird die Verbindung zwischen dem auf der distalen Seite befindlichen Einschraubabschnitt 23 des magnetostriktiven Stabs 2 und dem distalen Endabschnitt des magnetischen Stabs 3 durch den zweiten Koppelmechanismus 7 erreicht.
<<Zweiter Koppelmechanismus 7>>
Der zweite Koppelmechanismus 7 dient als ein Abschnitt zum Aufbringen einer externen Kraft oder Vibration auf den magnetostriktiven Stab 2. Wenn eine externe Kraft in Richtung einer oberen Seite oder einer unteren Seite in 3 oder eine Vibration in der vertikalen Richtung in 3 auf den zweiten Koppelmechanismus 7 aufgebracht wird, wird der proximale Endabschnitt des magnetostriktiven Stabs 2 zu einem feststehenden Ende und wird der distale Endabschnitt des magnetostriktiven Stabs 2 in der vertikalen Richtung hin und her bewegt. Mit anderen Worten wird der distale Endabschnitt des magnetostriktiven Stabs 2 mit Bezug auf den proximalen Endabschnitt des magnetostriktiven Stabs 2 relativ verschoben.
Bei dieser Ausführungsform weist der zweite Koppelmechanismus 7 einen Plattenabschnitt 71, der durchgehend an dem distalen Endabschnitt des magnetischen Stabs 3 vorgesehen ist, und den zweiten Blockkörper 72 auf, in dem ein Innengewindeabschnitt 721 ausgebildet ist. Ein Durchgangsloch 711 ist so in dem Plattenabschnitt 71 ausgebildet, dass der auf der distalen Seite befindliche Einschraubabschnitt 23 des magnetostriktiven Stabs 2 durch das Durchgangsloch 711 verlaufen kann. Ferner kann der Innengewindeabschnitt 721, der in dem zweiten Blockkörper 72 ausgebildet ist, mit dem Einschraubabschnitt 23 auf der distalen Seite, der durch das Durchgangsloch 711 verläuft, verschraubt sein.
Der Plattenabschnitt 71 ist so vorgesehen, dass er im Wesentlichen rechtwinklig zu der axialen Richtung des magnetischen Stabs 3 verläuft und einstückig mit dem magnetischen Stab 3 ausgebildet ist. Das Durchgangsloch 711 ist so in dem Plattenabschnitt 71 ausgebildet, dass es in einer Dickenrichtung desselben durch den Plattenabschnitt 71 verläuft. Somit verläuft eine axiale Richtung des Durchgangslochs 711 im Wesentlichen parallel zu der axialen Richtung des magnetostriktiven Stabs 2. Ferner weist der zweite Blockkörper 72 eine Säulenform auf. Der Innengewindeabschnitt 721 ist in einer axialen Richtung des zweiten Blockkörpers 72 ausgebildet und öffnet sich zu einer proximalen Endfläche des zweiten Blockkörpers 72.
Bei einer solchen Konfiguration können dann, wenn der distale Endabschnitt des magnetostriktiven Stabs 2 zum Zusammenbauen des Energieerzeugungselements 1 durch das Durchgangsloch 711 verläuft und mit dem Innengewindeabschnitt 721 des zweiten Blockkörpers 72 verschraubt ist, die distale Endfläche des Flanschabschnitts 25 und die proximale Fläche des zweiten Blockkörpers 72 von entgegengesetzten Seiten desselben mit dem Plattenabschnitt 71 in Kontakt kommen. Ferner wird dann, wenn der Einschraubabschnitt 23 auf der distalen Seite weiter in den Innengewindeabschnitt 721 eingeschraubt ist, um einen Abstand zwischen dem Flanschabschnitt 25 und dem zweiten Blockkörper 72 zu verkürzen, eine Last so auf den Einschraubabschnitt 23 auf der distalen Seite aufgebracht, dass der Einschraubabschnitt 23 auf der distalen Seite in der axialen Richtung desselben gedehnt (gestreckt) wird. In diesem Zustand erhöht sich, da die Zugbelastung immer auf den Einschraubabschnitt 23 auf der distalen Seite aufgebracht wird, die magnetische Permeabilität des Einschraubabschnitts 23 auf der distalen Seite aufgrund des inversen magnetostriktiven Effekts des magnetostriktiven Materials. Dadurch wird ermöglicht, dass die Magnetkraftlinien auf effizientere Weise durch das Energieerzeugungselement 1 verlaufen.
Der Plattenabschnitt 71 ist aus einem magnetischen Material gebildet und einstückig mit dem magnetischen Stab 3 ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform, die in 3 gezeigt ist, ist der Plattenabschnitt 71 so konfiguriert, dass ermöglicht wird, dass die Magnetkraftlinien, die durch den magnetostriktiven Stab 2 verlaufen, durch den Plattenabschnitt 71 in Richtung des magnetischen Stabs 3 fließen. Somit kann der zweite Blockkörper 72 aus einem magnetischen Material oder dem oben beschriebenen nichtmagnetischen Material gebildet sein.
Der Magnetfeld-Anlegemechanismus 8 zum Anlegen des Vorspann-Magnetfelds an den magnetostriktiven Stab 2 ist auf der proximalen Seite des magnetostriktiven Stabs 2 vorgesehen.
<<Magnetfeld-Anlegemechanismus 8>>
Wie in 2 und 3 gezeigt ist, umfasst der Magnetfeld-Anlegemechanismus 8 einen Permanentmagneten 81 und einen Verbindungsabschnitt 82 zum Halten des Permanentmagneten 81 zwischen dem Verbindungsabschnitt 82 und der proximalen Endfläche des magnetostriktiven Stabs 2. Der Verbindungsabschnitt 82 ist durchgehend an dem proximalen Endabschnitt des magnetischen Stabs 3 vorgesehen.
Der Permanentmagnet 81 weist eine Scheibenform (Säulenform mit einer relativ dünnen Dicke) auf. Andererseits weist der Verbindungsabschnitt 82 eine plattenartige Form auf und ist so einstückig mit dem magnetischen Stab 3 ausgebildet, dass er im Wesentlichen rechtwinklig zu der axialen Richtung des magnetischen Stabs 3 verläuft. Der Permanentmagnet 81, der in dem Magnetaufnahmeabschnitt 612 des ersten Blockkörpers 61 aufgenommen ist, wird von der proximalen Endfläche des magnetostriktiven Stabs 2 und dem Verbindungsabschnitt 82 gehalten.
Bei einer solchen Konfiguration wird die Verbindung zwischen dem Permanentmagneten 81 und dem vergrößerten Abschnitt 39 des magnetischen Stabs 3 durch den Verbindungsabschnitt 82 erreicht. Wie in 3 gezeigt ist, ist der Permanentmagnet 81 so angeordnet, dass sein Nordpol einer Seite des magnetostriktiven Stabs 2 zugewandt ist und sein Südpol einer Seite des Verbindungsabschnitts 82 zugewandt ist. Durch diese Anordnung ist es möglich, eine Magnetfeldschleife zu bilden, die entgegen dem Uhrzeigersinn in dem Energieerzeugungselement 1 zirkuliert.
Zum Beispiel können ein AlNiCo-Magnet, ein Ferrit-Magnet, ein Neodym-Magnet, ein Samarium-Kobalt-Magnet, ein Magnet (verbondeter Magnet), der durch Formen eines Verbundmaterials, das durch Feinmahlen und Mischen mindestens eines dieser Magneten mit einem Harzmaterial oder einem Kautschukmaterial erhalten wird, oder dergleichen als der Permanentmagnet 81 verwendet werden. Ferner ist der Verbindungsabschnitt 82 aus einem magnetischen Material gebildet und einstückig mit dem magnetischen Stab 3 ausgebildet.
Bei dem Energieerzeugungselement 1 mit einer solchen Konfiguration wird dann, wenn der zweite Blockkörper 72 in Richtung der unteren Seite verschoben (gedreht) wird in einem Zustand, in dem der erste Blockkörper 61 zum Beispiel an der Umfassung oder dergleichen befestigt ist (siehe 3), das heißt, wenn der distale Endabschnitt des magnetostriktiven Stabs 2 relativ zu dem proximalen Endabschnitt des magnetostriktiven Stabs 2 in Richtung der unteren Seite verschoben ist, der magnetostriktive Stab 2 so verformt, dass er sich in der axialen Richtung desselben zusammenzieht. Andererseits wird dann, wenn der zweite Blockkörper 72 in Richtung der oberen Seite verschoben (gedreht) wird, das heißt, wenn der distale Endabschnitt des magnetostriktiven Stabs 2 relativ zu dem proximalen Endabschnitt des magnetostriktiven Stabs 2 in Richtung der oberen Seite verschoben ist, der magnetostriktive Stab 2 so verformt, dass er sich in der axialen Richtung desselben dehnt. Folglich verändert sich die magnetische Permeabilität des magnetostriktiven Stabs 2 aufgrund des inversen magnetostriktiven Effekts. Diese Veränderung der magnetischen Permeabilität des magnetostriktiven Stabs 2 führt zu der Veränderung der Dichte der Magnetkraftlinien (der Dichte der Magnetkraftlinien, die in der axialen Richtung der Spule 5 durch die innere Ausnehmung der Spule 5 verlaufen). Folglich wird die Spannung in der Spule 5 erzeugt.
Insbesondere werden bei dieser Ausführungsform die Verbindung zwischen dem magnetostriktiven Stab 2 und dem ersten Blockkörper 61 und die Verbindung zwischen dem magnetostriktiven Stab 2 und dem zweiten Blockkörper 72 durch Verschrauben erreicht. Somit ist es möglich, hohe Verbindungskräfte zwischen diesen aufrechtzuhalten, selbst wenn sich der magnetostriktive Stab 2 dehnt oder zusammenzieht. Folglich kann das Energieerzeugungselement 1 auf effiziente Weise die elektrische Energie erzeugen.
Ferner ist es, da das Energieerzeugungselement 1 den Flanschabschnitt 25 aufweist, möglich, eine Eindringtiefe des Einschraubabschnitts 23 auf der distalen Seite relativ zu dem Innengewindeabschnitt 721 des zweiten Blockkörpers 72 einzustellen. Folglich ist es möglich, den Zustand, in dem die Zugbelastung immer auf den Einschraubabschnitt 23 auf der distalen Seite aufgebracht wird, beizubehalten, wodurch die magnetische Permeabilität des Einschraubabschnitts 23 auf der distalen Seite verbessert wird. Dadurch wird es möglich, dass die Magnetkraftlinien sanft von dem magnetostriktiven Stab 2 in Richtung des magnetischen Stabs 3 verlaufen. Daher ist es möglich, die Energieerzeugungseffizienz des Energieerzeugungselements 1 zu verbessern.
Ferner ist es möglich, den Permanentmagneten 81 koaxial zu dem magnetostriktiven Stab 2 anzuordnen, damit dieser mit dem magnetostriktiven Stab 2 in Kontakt kommt. Somit ist es möglich, die Effizienz der Verwendung der Magnetkraftlinien zu verbessern, die von dem Permanentmagneten 81 erzeugt werden und von dem Energieerzeugungselement 1 verwendet werden. Von einem solchen Standpunkt bezüglich der Effizienz der Verwendung der Magnetkraftlinien aus betrachtet kann die Energieerzeugungseffizienz des Energieerzeugungselements 1 verbessert werden. Eine Menge der elektrischen Energie, die von dem Energieerzeugungselement 1 erzeugt wird, ist nicht speziell auf einen spezifischen Wert beschränkt, liegt aber vorzugsweise im Bereich von ungefähr 100 bis 1400 μJ. Wenn die Menge der elektrischen Energie, die von dem Energieerzeugungselement 1 erzeugt wird, in dem oben genannten Bereich liegt, ist es möglich, das Energieerzeugungselement 1 auf effiziente Weise für einen drahtlosen Schalter für eine Hausbeleuchtung, ein Haussicherheitssystem oder dergleichen (was nachstehend beschrieben wird) in Kombination mit einem drahtlosen Kommunikationssystem zu verwenden.
<Zweite Ausführungsform>
Als Nächstes erfolgt eine Beschreibung eines Energieerzeugungselements nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine vergrößerte Ansicht mit Darstellung eines Teils einer distalen Seite des Energieerzeugungselements nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachstehend wird eine obere Seite in 4 als ”obere” oder ”obere Seite” bezeichnet, und eine untere Seite in 4 wird als ”untere” oder ”untere Seite” bezeichnet. Ferner wird eine rechte Seite in 4 als ”distale Seite” bezeichnet, und eine linke Seite in 4 wird als ”proximale Seite” bezeichnet.
Nachstehend wird das Energieerzeugungselement nach der zweiten Ausführungsform dadurch beschrieben, dass die Punkte hervorgehoben werden, die sich von dem Energieerzeugungselement nach der ersten Ausführungsform unterscheiden, wobei gleiche Teile in der Beschreibung entfallen.
Ein Energieerzeugungselement 1 nach der zweiten Ausführungsform weist die gleiche Konfiguration auf wie das Energieerzeugungselement 1 nach der ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass der vorstehende Abschnitt, der in der Umfangsrichtung des magnetostriktiven Stabs 2 vorgesehen ist, modifiziert ist. Bei dem in 4 gezeigten Energieerzeugungselement 1 ist der vorstehende Abschnitt von einer Mutter 26 statt von dem Flanschabschnitt 25 gebildet.
Ein Schraubgewinde ist auf einer einer Innenumfangsfläche der Mutter 25 und der Außenumfangsfläche des magnetostriktiven Stabs 2 ausgebildet, und eine Gewindenut ist auf der anderen der Innenumfangsfläche der Mutter 26 und der Außenumfangsfläche des magnetostriktiven Stabs 2 ausgebildet. Dadurch wird es möglich, dass die Mutter 26 in der axialen Richtung des magnetostriktiven Stabs 2 bewegbar und um die Achse des magnetostriktiven Stabs 2 herum drehbar ist.
Bei einer solchen Konfiguration ist es durch Bewegen der Mutter 26 in der axialen Richtung des magnetostriktiven Stabs 2 möglich, einen Dehnungsbetrag des auf der distalen Seite befindlichen Einschraubabschnitts 23 des magnetostriktiven Stabs 2 einzustellen. In diesem Fall ist es, da es nicht erforderlich ist, die Mutter 26 unter Verwendung eines magnetischen Materials auszubilden, möglich, die Konfiguration des magnetostriktiven Stabs 2 im Vergleich zu dem magnetostriktiven Stab 2 nach der ersten Ausführungsform zu vereinfachen und dadurch eine Menge an zu verwendendem magnetostriktiven Material, das teuer ist, zu verringern. Folglich ist es möglich, Verarbeitungskosten für den magnetostriktiven Stab 2 (Herstellkosten für das Energieerzeugungselement 1) zu verringern.
Das Energieerzeugungselement 1 nach der zweiten Ausführungsform kann auch die gleichen Funktionen/Wirkungen aufweisen wie das Energieerzeugungselement 1 nach der ersten Ausführungsform.
<Dritte Ausführungsform>
Als Nächstes erfolgt eine Beschreibung eines Energieerzeugungselements nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine perspektivische Explosionsansicht mit Darstellung des Energieerzeugungselements nach der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 6 ist eine vertikale Querschnittansicht mit Darstellung des in 5 gezeigten Energieerzeugungselements.
Nachstehend wird eine obere Seite in jeder von 5 und 6 als ”obere” oder ”obere Seite” bezeichnet, und eine untere Seite in jeder von 5 und 6 wird als ”untere” oder ”untere Seite” bezeichnet. Ferner wird eine rechte Seite in jeder von 5 und 6 als ”distale Seite” bezeichnet, und eine linke Seite in jeder von 5 und 6 wird als ”proximale Seite” bezeichnet.
Nachstehend wird das Energieerzeugungselement nach der dritten Ausführungsform dadurch beschrieben, dass die Punkte hervorgehoben werden, die sich von den Energieerzeugungselementen nach der ersten und der zweiten Ausführungsform unterscheiden, wobei gleiche Teile in der Beschreibung entfallen.
Ein Energieerzeugungselement 1 nach der dritten Ausführungsform weist die gleiche Konfiguration auf wie das Energieerzeugungselement 1 nach der ersten Ausführungsform mit Ausnahme der folgenden Punkte.
Der auf der proximalen Seite befindliche Einschraubabschnitt 22 und der auf der distalen Seite befindliche Einschraubabschnitt 23 des magnetostriktiven Stabs 2 weisen die gleiche Konfiguration auf. Ferner weisen der Flanschabschnitt 24 und der Flanschabschnitt 25 des magnetostriktiven Stabs 2 die gleiche Konfiguration auf. Ferner weisen eine Gesamtkonfiguration des magnetostriktiven Stabs 2 und eine Gesamtkonfiguration des magnetischen Stabs 3 die gleiche Konfiguration auf. Der magnetische Stab 3 weist eine längsverlaufende Säulenform auf und umfasst einen Hauptkörper 31, einen Einschraubabschnitt 32 auf der proximalen Seite (den einen Endabschnitt), der an dem proximalen Endabschnitt des Hauptkörpers 31 vorgesehen ist, einen Einschraubabschnitt 33 auf der distalen Seite (den anderen Endabschnitt), der an dem distalen Endabschnitt des Hauptkörpers 31 vorgesehen ist, und kreisförmige Flanschabschnitte 34, 35, die jeweils in den Umfangsrichtungen des proximalen Endabschnitts und des distalen Endabschnitts des Hauptkörpers 31 vorgesehen sind.
Der Innengewindeabschnitt 611 und ein zweiter Innengewindeabschnitt 615, die jeweils mit dem auf der proximalen Seite befindlichen Einschraubabschnitt 22 des magnetostriktiven Stabs 2 und dem auf der proximalen Seite befindlichen Einschraubabschnitt 32 des magnetischen Stabs 3 verschraubt sein können, sind so in dem ersten Blockkörper 61 des ersten Koppelmechanismus 6 ausgebildet, dass sie in der axialen Richtung des ersten Blockkörpers 61 (einer Richtung von der distalen Endfläche in Richtung der proximalen Endfläche des ersten Blockkörpers 61) durch den ersten Blockkörper 61 verlaufen. Bei dieser Ausführungsform weist die Befestigungsstruktur zum Befestigen des einen Endabschnitts des magnetischen Stabs 3 an dem ersten Blockkörper 61 den auf der proximalen Seite befindlichen Einschraubabschnitt 32 des magnetischen Stabs 3 und den zweiten Innengewindeabschnitt 615 des ersten Blockkörpers 61 auf.
Der Plattenabschnitt 71 des zweiten Koppelmechanismus 7 ist getrennt von dem magnetischen Stab 3 ausgebildet. Zusätzlich zu dem Durchgangsloch 711 ist ein zweites Durchgangsloch 712, durch das der auf der distalen Seite befindliche Einschraubabschnitt 33 des magnetischen Stabs 3 verlaufen kann, in dem Plattenabschnitt 71 ausgebildet. Ferner weist zusätzlich zu dem zweiten Blockkörper 72 das Energieerzeugungselement 1 nach dieser Ausführungsform einen dritten säulenförmigen Blockkörper 73 auf, in dem ein Innengewindeabschnitt 731 ausgebildet ist, der mit dem auf der distalen Seite befindlichen Einschraubabschnitt 33 des magnetischen Stabs 3, welcher durch das zweite Durchgangsloch 712 des Plattenabschnitts 71 verläuft, verschraubt wird. Der dritte Blockkörper 73 ist zum Beispiel mit einer Klebeschicht 74, die aus einem Klebemittel oder dergleichen gebildet ist, an dem zweiten Blockkörper 72 befestigt in einem Zustand, in dem das Energieerzeugungselement 1 zusammengebaut ist.
Der Verbindungsabschnitt 82 des Magnetfeld-Anlegemechanismus 8 ist getrennt von dem magnetischen Stab 3 ausgebildet und weist eine stufenartige Form auf, wie eine Form, die durch Biegen einer Platte ausgebildet wird. Dieser Verbindungsabschnitt 82 ist aus einem magnetischen Material gebildet und so vorgesehen, dass er den Permanentmagneten 81 und den auf der proximalen Seite befindlichen Einschraubabschnitt (den einen Endabschnitt) 32 des magnetischen Stabs 3 verbindet. Bei dieser Ausführungsform ist der Verbindungsabschnitt 82 vorzugsweise zusammen mit dem Permanentmagneten 81 zum Beispiel mittels eines Verbondungsverfahrens unter Verwendung eines Klebemittels oder dergleichen an dem ersten Blockkörper 61 befestigt.
Das Energieerzeugungselement 1 nach der dritten Ausführungsform kann auch die gleichen Funktionen/Wirkungen aufweisen wie die Energieerzeugungselemente 1 nach der ersten und der zweiten Ausführungsform.
Ferner ist es bei der oben beschriebenen Konfiguration möglich, dass die Verbindungskraft zwischen dem magnetostriktiven Stab 2 und dem ersten Blockkörper 61 und die Verbindungskraft zwischen dem magnetostriktiven Stab 2 und dem zweiten Blockkörper 72 jeweils gleich einer Verbindungskraft zwischen dem magnetischen Stab 3 und dem Blockkörper 61 und einer Verbindungskraft zwischen dem magnetische Stab 3 und dem dritten Blockkörper 73 ist. Dies trägt zur Verbesserung und Stabilisierung der Gesamtfestigkeit des Energieerzeugungselements 1 bei.
Die Spule 5 kann um den magnetischen Stab 3 statt den magnetostriktiven Stab 2 herum vorgesehen sein oder sowohl um den magnetostriktiven Stab 2 als auch den magnetischen Stab 3 herum vorgesehen sein. Ferner kann der magnetische Stab 3 aus einem magnetostriktiven Material gebildet sein.
Das oben beschriebene Energieerzeugungselement kann für eine Energieversorgung für einen Sender, eine Energieversorgung für ein Sensornetz, einen drahtlosen Schalter für eine Hausbeleuchtung, ein System zum Überwachen des Status jeder Komponente eines Fahrzeugs (zum Beispiel eines Luftdrucksensors und eines Sensors für das Anlegen eines Sitzgurts), ein Haussicherheitssystem (insbesondere ein System zum drahtlosen Informieren über eine Detektion eines Vorgangs an einem Fenster oder einer Tür) oder dergleichen verwendet werden.
Obwohl das Energieerzeugungselement gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Bei dem Energieerzeugungselement kann die Konfiguration jeder Komponente durch andere willkürlich gewählte Konfigurationen mit äquivalenten Funktionen ersetzt werden. Es kann ferner möglich sein, weitere optionale Komponenten zu der vorliegenden Erfindung hinzuzufügen. Zum Beispiel kann es auch möglich sein, die Konfigurationen nach der ersten Ausführungsform mit denen nach der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf geeignete Weise zu kombinieren.
Ferner kann das Energieerzeugungselement gemäß der vorliegenden Erfindung eine andere Konfiguration aufweisen, bei der der Permanentmagnet bei dem Energieerzeugungselement entfällt und die Energieerzeugung durch das Energieerzeugungselement durch Verwenden eines externen Magnetfelds erreicht werden kann.
Ferner weisen zwar bei jeder der Ausführungsformen sowohl der magnetostriktive Stab als auch der magnetische Stab die kreisförmige Querschnittform auf, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispiele für die Querschnittformen des magnetostriktiven Stabs und des magnetischen Stabs umfassen eine elliptische Form und eine polygonale Form, wie z. B. eine dreieckige Form, eine quadratische Form, eine rechteckige Form und eine hexagonale Form.
Ferner kann die Spule aus einem Spulenkörper und einem um den Spulenkörper gewickelten Draht gebildet sein.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es, da der magnetostriktive Stab des Energieerzeugungselements zuverlässig an den anderen Komponenten befestigt ist, möglich, dass sich der magnetostriktive Stab auf effiziente Weise dehnt und zusammenzieht und dadurch die Energieerzeugungseffizienz des Energieerzeugungselements verbessert wird. Aus den oben beschriebenen Gründen ist die vorliegende Erfindung industriell anwendbar.
Bezugszeichenliste

1: Energieerzeugungselement
2: Magnetostriktiver Stab
21: Hauptkörper
22: Einschraubabschnitt auf der proximalen Seite
23: Einschraubabschnitt auf der distalen Seite
24, 25: Flanschabschnitt
26: Mutter
3: Magnetischer Stab
31: Hauptkörper
32: Einschraubabschnitt auf der proximalen Seite
33: Einschraubabschnitt auf der distalen Seite
34, 35: Flanschabschnitt
39: Vergrößerter Abschnitt
391, 392: Durchgangsloch
5: Spule
6: Erster Koppelmechanismus
61: Erster Blockkörper
611: Innengewindeabschnitt
612: Magnetaufnahmeabschnitt
613, 614: Gewindeloch
615: Zweiter Innengewindeabschnitt
62, 63: Schraube
7: Zweiter Koppelmechanismus
71: Plattenabschnitt
711: Durchgangsloch
712: Zweites Durchgangsloch
72: Zweiter Blockkörper
721: Innengewindeabschnitt
73: Dritter Blockkörper
731: Innengewindeabschnitt
74: Klebeschicht
8: Magnetfeld-Anlegemechanismus
81: Permanentmagnet
82: Verbindungsabschnitt

Claims

Energieerzeugungselement, das umfasst: einen magnetostriktiven Stab, durch den Magnetkraftlinien in axialer Richtung desselben verlaufen, wobei der magnetostriktive Stab aus einem magnetostriktiven Material gebildet ist; einen magnetischen Stab, der parallel zu dem magnetostriktiven Stab angeordnet ist, wobei der magnetische Stab aus einem magnetischen Material gebildet ist; einen ersten Koppelmechanismus zum Koppeln eines Endabschnitts des magnetostriktiven Stabs und eines Endabschnitts des magnetischen Stabs; einen zweiten Koppelmechanismus zum Koppeln des anderen Endabschnitts des magnetostriktiven Stabs und des anderen Endabschnitts des magnetischen Stabs; und eine Spule, die so vorgesehen ist, dass die Magnetkraftlinien innerhalb der Spule in axialer Richtung derselben verlaufen, und in der eine Spannung auf der Basis der Veränderung der Dichte der Magnetkraftlinien erzeugt wird, die hervorgerufen wird, wenn sich der magnetostriktive Stab dehnt oder zusammenzieht, wobei mindestens einer des einen Endabschnitts und des anderen Endabschnitts des magnetostriktiven Stabs als ein Einschraubabschnitt ausgebildet ist.
Energieerzeugungselement nach Anspruch 1, wobei ein effektiver Querschnittbereich des Einschraubabschnitts größer ist als ein Querschnittbereich eines anderen Abschnitts als des einen Endabschnitts und des anderen Endabschnitts des magnetostriktiven Stabs.
Energieerzeugungselement nach Anspruch 1 oder 2, wobei der magnetostriktive Stab einen vorstehenden Abschnitt aufweist, der an einem anderen Abschnitt als dem einen Endabschnitt und dem anderen Endabschnitt des magnetostriktiven Stabs in einer Umfangsrichtung desselben vorgesehen ist.
Energieerzeugungselement nach Anspruch 3, wobei der vorstehende Abschnitt so vorgesehen ist, dass er in der axialen Richtung des magnetostriktiven Stabs bewegbar und um eine Achse des magnetostriktiven Stabs herum drehbar ist.
Energieerzeugungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Spule um einen anderen Abschnitt als den einen Endabschnitt und den anderen Endabschnitt des magnetostriktiven Stabs herum vorgesehen ist, um den Abschnitt des magnetostriktiven Stabs zu umgeben.
Energieerzeugungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das ferner umfasst: einen Magneten zum Erzeugen der Magnetkraftlinien, wobei der Magnet so vorgesehen ist, dass er mit dem einen Endabschnitt des magnetostriktiven Stabs in Kontakt kommt; und einen Verbindungsabschnitt zum Verbinden des Magneten und des einen Endabschnitts des magnetischen Stabs, wobei der Verbindungsabschnitt aus einem magnetischen Material gebildet ist.
Energieerzeugungselement nach Anspruch 6, wobei der Verbindungsabschnitt einstückig mit dem magnetischen Stab ausgebildet ist.
Energieerzeugungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der eine Endabschnitt des magnetostriktiven Stabs als ein Einschraubabschnitt ausgebildet ist, und wobei der erste Koppelmechanismus einen ersten Blockkörper, in dem ein Innengewindeabschnitt, der mit dem Einschraubabschnitt verschraubt wird, ausgebildet ist, und eine Befestigungsstruktur zum Befestigen des einen Endabschnitts des magnetischen Stabs an dem ersten Blockkörper aufweist.
Energieerzeugungselement nach Anspruch 8, wobei die Befestigungsstruktur eine Schraube zum Befestigen des einen Endabschnitts des magnetischen Stabs an dem ersten Block und ein Gewindeloch aufweist, das in dem ersten Block ausgebildet ist und mit der Schraube verschraubt wird.
Energieerzeugungselement nach Anspruch 8, wobei der eine Endabschnitt des magnetischen Stabs ebenfalls als ein Einschraubabschnitt ausgebildet ist, und wobei die Befestigungsstruktur den Einschraubabschnitt des magnetischen Stabs und einen zweiten Innengewindeabschnitt aufweist, der in dem ersten Bock ausgebildet ist und mit dem Einschraubabschnitt des magnetischen Stabs verschraubt wird.
Energieerzeugungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der andere Endabschnitt des magnetostriktiven Stabs zu dem Einschraubabschnitt ausgebildet ist, und wobei der zweite Koppelmechanismus einen Plattenabschnitt umfasst, der auf einer Seite des anderen Endabschnitts des magnetischen Stabs vorgesehen ist, ein Durchgangsloch aufweist, durch das der Einschraubabschnitt verlaufen kann, und aus einem magnetischen Material und einem zweiten Blockkörper gebildet ist, in dem ein Innengewindeabschnitt ausgebildet ist, der mit dem Einschraubabschnitt, welcher durch das Durchgangsloch verläuft, verschraubt wird.
Energieerzeugungselement nach Anspruch 11, wobei der Plattenabschnitt einstückig mit dem magnetischen Stab ausgebildet ist.
Energieerzeugungselement nach Anspruch 11, wobei der andere Endabschnitt des magnetischen Stabs ebenfalls als ein Einschraubabschnitt ausgebildet ist, wobei der Plattenabschnitt ein zweites Durchgangsloch aufweist, durch das der Einschraubabschnitt des magnetischen Stabs verlaufen kann, und wobei das Energieerzeugungselement ferner einen dritten Blockkörper umfasst, in dem ein Innengewindeabschnitt ausgebildet ist, der mit dem Einschraubabschnitt des magnetischen Stabs, welcher durch das zweite Durchgangsloch verläuft, verschraubt wird.