DE112015001309T5

DE112015001309T5 - Leistungserzeugungselement und Aktor, der einen Aufbau des Leistungserzeugungselements verwendet

Info

Publication number: DE112015001309T5
Application number: DE112015001309.1T
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Ueno
Original assignee: Kanazawa University NUC
Current assignee: Kanazawa University NUC
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2015-02-25
Publication date: 2016-12-01
Anticipated expiration: 2035-02-26
Also published as: JP6420824B2; US20170093306A1; JPWO2015141414A1; WO2015141414A1; US10230314B2; DE112015001309B4

Abstract

Es werden ein Leistungserzeugungselement, das den Verlust von kinetischer Energie während eines Schwingens unterdrücken kann, sodass eine Schwingung lange andauern wird, sowie ein Aktor bzw. eine Betätigungseinrichtung bereitgestellt, der den Aufbau dieses Leistungserzeugungselements verwendet. Das Leistungserzeugungselement eines inversen magnetostriktiven Typs weist auf: einen ersten Leistungserzeugungsteil, der einen ersten magnetostriktiven Stab, der aus einem magnetostriktiven Material hergestellt ist, eine erste Spule, die um den ersten magnetostriktiven Stab gewickelt ist, und einen ersten magnetischen Stab umfasst, der eine geeignete Steifigkeit und Form aufweist, um eine gleichförmige Druckkraft oder Zugkraft an den ersten magnetostriktiven Stab anzulegen, und parallel zu dem ersten magnetostriktiven Stab platziert ist; einen Rahmen, der aus einem magnetischen Material hergestellt ist, das in einer im Wesentlichen U-Form gebogen ist, deren eines Ende und anderes Ende über der gebogenen Position ein fixiertes Ende bzw. ein freies Ende bilden; und einen Magneten. Der erste Leistungserzeugungsteil ist auf der Freies-Ende-Seite des Rahmens installiert, wobei der Magnet nur auf einer von zwei gegenüberliegenden Innenseitenflächen des Rahmens platziert ist, sodass ein Teil des Rahmens als ein rückwertiges Joch fungiert und eine Lücke ebenso zwischen dem Magneten und der Innenseitenfläche, auf der der Magnet nicht platziert ist, ausgebildet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungserzeugungselement usw., das eine Schwingung verwendet, und insbesondere ein Leistungserzeugungselement eines inversen magnetostriktiven Typs, das aus einem magnetostriktiven Material hergestellt ist, sowie einen Aktor bzw. eine Betätigungseinrichtung, der den Aufbau dieses Leistungserzeugungselements verwendet.
Hintergrund der Erfindung
Technologien zur Erzeugung einer Leistung unter Verwendung einer Schwingung, die überall verfügbar ist, werden in letzter Zeit entwickelt, wobei eine hiervon eine Technologie ist, die den magnetostriktiven Effekt eines ferromagnetischen Körpers verwendet.
Der magnetostriktive Effekt bezieht sich auf einen Effekt, durch den ein ferromagnetischer Körper sich verformt, wenn ein magnetisches Feld daran angelegt wird (wenn der ferromagnetische Körper magnetisiert wird), wobei ein Material, das eine große Verformungsgröße aufgrund des magnetostriktiven Effekts durchmacht, als ein ”magnetostriktives Material” bezeichnet wird.
Ein magnetostriktives Material zeigt auch den inversen magnetostriktiven Effekt, durch den es sich aufgrund einer Druckspannung/Zugspannung verformt, die darin als Ergebnis eines Aufbringens einer externen Kraft erzeugt wird, wodurch verursacht wird, dass sich eine zugehörige Magnetisierung (ein Magnetfluss) deutlich ändert, wobei einige Materialien beispielsweise einer Änderung von 1 Tesla oder mehr in einem zugehörigen Magnetfluss unterliegen, wenn eine Druckkraft empfangen wird. Leistungserzeugungselemente, die eine zeitliche Änderung in einem Magnetfluss verwenden, die durch den inversen magnetostriktiven Effekt verursacht wird, erregen aufgrund ihrer Fähigkeit Aufmerksamkeit, Leistung bei einem hohen Wirkungsgrad in Reaktion auf ein Aufbringen einer kleinen externen Kraft zu erzeugen.
Der Grundaufbau eines Leistungserzeugungselements, das durch den Erfinder der vorliegenden Anmeldung entwickelt worden ist, wird durch Zitieren von Beispielen beschrieben (siehe 1 und 2 der Patentdruckschrift 1). Dieses Leistungserzeugungselement weist einen Parallelbalkenaufbau auf, der durch ein paralleles Anordnen in der Links-/Rechts-Richtung innerhalb einer horizontalen Ebene von zwei magnetostriktiven Stäben gebildet wird, um die eine Spule gewickelt ist, wobei die vorderen und hinteren Enden der Stäbe mit einem Joch verbunden sind. Zusätzlich sind Dauermagnete nahe den vorderen und hinteren Enden jedes magnetostriktiven Stabes magnetisiert, wobei ein rückwärtiges Joch zwischen den vorderen und hinteren Dauermagneten durchgeführt ist. Der Zweck des rückwärtigen Jochs ist es, die Vormagnetisierung des magnetostriktiven Stabes zu vergrößern, wobei, da der Magnetfluss, der durch die Dauermagnete erzeugt wird, durch jeden magnetostriktiven Stab und das rückwärtige Joch hindurchgeht, ein magnetischer Kreis gebildet wird.
Es sei angenommen, dass dieses Leistungserzeugungselement einen Auslegerbalkenaufbau aufweist, wobei ein Ende hiervon ein fixiertes Ende ist; wenn beispielsweise die Seite des freien Endes gekrümmt wird, indem eine externe Kraft an diese Seite innerhalb der horizontalen Ebene angelegt wird, liegt eine Druckkraft an dem magnetostriktiven Stab auf der rechten Seite in einer zugehörigen Achsenrichtung auf, wobei der Magnetfluss aufgrund des inversen magnetostriktiven Effekts abnimmt, während eine Zugkraft an dem magnetostriktiven Stab auf der linken Seite in der Achsenrichtung anliegt, wobei der Magnetfluss aufgrund des inversen magnetostriktiven Effekts zunimmt. Der Mechanismus ist, dass, wie es vorstehend beschrieben ist, ein Anlegen einer externen Kraft (einer Schwingung) an ein Leistungserzeugungselement eines Auslegerbalkenaufbaus innerhalb der horizontalen Ebene verursacht, dass sich der Magnetfluss, der durch jeden magnetostriktiven Stab hindurchgeht, in einer abwechselnden Art und Weise ändert, wobei dementsprechend eine Spannung (elektromotorische Kraft) in einer Spule auf der Grundlage des Gesetzes der elektromagnetischen Induktion erzeugt wird, dass sich eine Spannung proportional zu einer zeitlichen Änderung in einem Magnetfluss erzeugt, wobei diese Spannung als elektrische Energie zurückerhalten wird.
Literatur gemäß dem Stand der Technik
Patentdruckschrift

Patentdruckschrift 1: japanisches Patent Nr. 4905820

Kurzzusammenfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Als Nächstes werden die Probleme des vorstehend beschriebenen Standes der Technik erklärt, indem auch auf ein Variationsbeispiel des Leistungserzeugungselements (siehe 21) Bezug genommen wird.
Dieses Leistungserzeugungselement 200 weist einen Auslegerbalkenaufbau auf, in dem ein magnetostriktiver Stab 202, um den eine Spule 201 gewickelt ist, innerhalb eines konkaven Teils 204 eines geraden Rahmens 203 fixiert ist, wobei ein Ende des Rahmens 203 ein fixiertes Ende bildet. Zusätzlich sind zwei Dauermagnete 205 auf einer Seitenfläche 203a des Rahmens magnetisiert, wobei ein rückwärtiges Joch 206 zwischen diesen zwei Dauermagneten 205 durchgeführt wird, um einen magnetischen Kreis zu bilden, der den magnetostriktiven Stab 202, die Dauermagnete 205 und das rückwärtige Joch 206 umfasst.
Ein Problem des Leistungserzeugungselements, das in der Patentdruckschrift 1 und 21, die vorstehend beschrieben ist, offenbart ist, ist, dass, da es einen Auslegerbalkenaufbau aufweist, in dem die Gesamtform gerade ist, und ein Ende ein fixiertes Ende bildet, eine unzureichende Halterung des fixierten Endes den sogenannten ”Fixiertes-Ende-Verlust” verursachen wird, der eine teilweise Ableitung nach außen der kinetischen Energie darstellt, die erforderlich ist, um das Leistungserzeugungselement in Schwingung zu versetzen, da sich das fixierte Ende verformt, wobei in diesem Fall eine Schwingung nicht lange anhalten wird.
Zusätzlich hat eine weitere Untersuchung, die durch den Erfinder der vorliegenden Anmeldung durchgeführt worden ist, gezeigt, dass der Fixiertes-Ende-Verlust durch ein Biegemoment und eine Scherkraft verursacht wird. Anders ausgedrückt hat sich gezeigt, dass die kinetische Energie, die erforderlich ist, um das Leistungserzeugungselement in Schwingung zu versetzen, teilweise nach außen abgeleitet wird, wenn sich das fixierte Ende aufgrund eines Biegemoments oder einer Scherkraft verformt, wobei eine Schwingung aufgrund dieses Fixiertes-Ende-Verlustes nicht lange andauert.
Ebenso sind die Dauermagnete nahe der magnetostriktiven Stange unter Verwendung ihrer Magnetkraft ohne eine Verwendung eines Haftmittels usw. magnetisiert, was bedeutet, dass eine Trägheitskraft auf die Dauermagnete wirkt, während das gesamte Leistungserzeugungselement schwingt, wobei dies eine Reibung zwischen den Kontaktoberflächen der Hauptkörperseite des Leistungserzeugungselements und des Dauermagneten verursacht. Diese Reibung verursacht, dass die kinetische Energie des Leistungserzeugungselements teilweise als thermische Energie abgeleitet wird, wobei das Ergebnis hiervon ein Problem ist, dass eine Schwingung nicht lange andauert.
Des Weiteren wird, wenn die vorderen und hinteren Enden des magnetostriktiven Stabes an den konkaven Teil des Jochs oder Rahmens fixiert sind, normalerweise der magnetostriktive Stab in eine Nut eingefügt, die in dem Joch oder dem konkaven Teil des Rahmens bereitgestellt ist, und dann unter Verwendung eines Haftmittels fixiert; wenn eine große Haftmittelmenge verwendet wird oder ein Haftmittel auf andere Weise aus der Nut fließt, kann es sich jedoch zu der Spule ausbreiten und verursachen, dass der magnetostriktive Stab und die Spule aneinander anhaften. Hierdurch wird kinetische Energie des Leistungserzeugungselements teilweise als kinetische Energie der Spule übertragen, wobei das Ergebnis hiervon ein Problem ist, dass eine Schwingung des Leistungserzeugungselements nicht lange andauert.
Unter Berücksichtigung dieser Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Leistungserzeugungselement, das den Verlust von kinetischer Energie während eines Schwingens unterdrücken kann, sodass eine Schwingung lange andauern wird, sowie einen Aktor bzw. eine Betätigungseinrichtung bereitzustellen, der den Aufbau dieses Leistungserzeugungselements verwendet.
Mittel zur Lösung der Aufgabe
Das Leistungserzeugungselement des inversen magnetostriktiven Typs, das durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagen wird, weist auf: einen ersten Leistungserzeugungsteil, der einen ersten magnetostriktiven Stab, der aus einem magnetostriktiven Material hergestellt ist, eine erste Spule, die um den ersten magnetostriktiven Stab gewickelt ist, und einen ersten magnetischen Stab umfasst, der eine geeignete Steifigkeit und Form aufweist, um eine gleichförmige Druckkraft oder Zugkraft an den ersten magnetostriktiven Stab anzulegen, und parallel zu dem ersten magnetostriktiven Stab platziert ist; einen Rahmen, der aus einem magnetischen Material hergestellt ist, das in einer im Wesentlichen U-Form gebogen ist, deren eines Ende und anderes Ende über der gebogenen Position ein fixiertes Ende bzw. ein freies Ende bilden; und einen Magneten; wobei das Leistungserzeugungselement dadurch gekennzeichnet ist, dass: der erste Leistungserzeugungsteil an der Freies-Ende-Seite und/oder der gebogenen Position des Rahmens installiert ist; der Magnet nur auf einer der zwei gegenüberliegenden inneren Seitenfläche des Rahmens platziert ist, sodass ein Teil des Rahmens als ein rückwärtiges Joch fungiert und eine Lücke ebenso zwischen dem Magneten und der inneren Seitenfläche ausgebildet ist, auf der der Magnet nicht platziert ist; und der Rahmen auf der Freies-Ende-Seite und der Rahmen auf der Fixiertes-Ende-Seite zusammen schwingen, wenn eine externe Kraft angelegt wird.
Zusätzlich ist das Leistungserzeugungselement dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der erste Leistungserzeugungsteil auf der Freies-Ende-Seite des Rahmens installiert ist, das Leistungserzeugungselement einen zweiten Leistungserzeugungsteil aufweist, der einen zweiten magnetostriktiven Stab, der aus einem magnetostriktiven Material hergestellt ist, eine zweite Spule, die um den zweiten magnetostriktiven Stab gewickelt ist, und einen zweiten magnetischen Stab umfasst, der eine geeignete Steifigkeit und Form aufweist, um eine gleichförmige Druckkraft oder Zugkraft an den zweiten magnetostriktiven Stab anzulegen, und parallel zu dem zweiten magnetostriktiven Stab platziert ist; der zweite Leistungserzeugungsteil auf der Fixiertes-Ende-Seite des Rahmens installiert ist; und der erste magnetostriktive Stab, der erste magnetische Stab, der zweite magnetostriktive Stab und der zweite magnetische Stab achsensymmetrisch platziert sind, wobei die Symmetrieachse eine gerade Linie ist, die durch die gebogene Position hindurchgeht und den Rahmen gleichmäßig in die Freies-Ende-Seite und die Fixiertes-Ende-Seite teilt.
Zusätzlich ist das Leistungserzeugungselement dadurch gekennzeichnet, dass, wenn das erste Leistungserzeugungselement auf der Freies-Ende-Seite des Rahmens installiert ist, der magnetostriktive Stab bei einer Position platziert ist, die weiter weg als der magnetische Stab von der geraden Linie ist, der durch die gebogene Position hindurchläuft und den Rahmen gleichmäßig in die Freies-Ende-Seite und die Fixiertes-Ende-Seite teilt.
Zusätzlich ist das Leistungserzeugungselement dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der erste Leistungserzeugungsteil auf der gebogenen Position des Rahmens installiert ist, der magnetostriktive Stab auf der äußeren Seitenfläche des Rahmens platziert ist, während der magnetische Stab auf der inneren Seitenfläche des Rahmens platziert ist.
Zusätzlich ist das Leistungserzeugungselement dadurch gekennzeichnet, dass der magnetostriktive Stab mit dem Rahmen durch Löten, Hartlöten, Schweißen, Verbolzen bzw. Verschrauben oder eine Kombination irgendwelcher der vorstehend genannten verbunden ist.
Zusätzlich ist das Leistungserzeugungselement dadurch gekennzeichnet, dass, wenn es derart platziert ist, dass die longitudinale Richtung des Rahmens grob horizontal liegt, ein Gewicht an das Ende auf der Freies-Ende-Seite unmittelbar über dem fixierten Ende angebracht ist.
Zusätzlich ist das Leistungserzeugungselement dadurch gekennzeichnet, dass es zwei derartige Leistungserzeugungselemente aufweist und die Freies-Ende-Seiten und die Fixiertes-Ende-Seiten der Rahmen der jeweiligen Leistungserzeugungselemente miteinander verbunden sind, sodass die zwei Leistungserzeugungselemente sich symmetrisch über die verbundenen Positionen verformen.
Der Aktor, der durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagen wird, weist einen Aufbau auf, der identisch zu dem des Leistungserzeugungselements ist, wobei er dadurch gekennzeichnet, ist, dass, wenn ein elektrischer Strom der Spule zugeführt wird, sich der magnetostriktive Stab ausdehnt/zusammenzieht, um zu verursachen, dass der Rahmen auf der Freies-Ende-Seite schwingt.
Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Rahmen in einer im Wesentlichen U-Form ausgebildet, sodass sich während einer Schwingung eine zugehörige Freies-Ende-Seite und eine zugehörige Fixiertes-Ende-Seite beide gleichzeitig in einer derartigen Art und Weise verformen, dass die Öffnung des Rahmens geöffnet oder geschlossen wird. 1(a) ist eine schematische Zeichnung, die die Biegemomente zeigt, die auf Enden 21, 22, 31, 32 auf einer Freies-Ende-Seite 20 und einer Fixiertes-Ende-Seite 30 eines im Wesentlichen U-förmigen Rahmens 10 wirken, der ein Leistungserzeugungselement 1 bildet, wobei die Drehrichtung des Biegemoments M2, das auf einen Bereich nahe einer gebogenen Position 40 des Rahmens 10 auf der Fixiertes-Ende-Seite 30 wirkt, zu der Drehrichtung des Biegemoments M1, das auf eine Position nahe der gebogenen Position 40 des Rahmens 10 auf der Freies-Ende-Seite 20 wirkt, entgegengesetzt ist, wobei folglich die zwei Momente sich nahe der gebogenen Position 40 nahezu gegenseitig aufheben. Als Ergebnis wird das Biegemoment M3, das auf das Ende (starr gehaltene Position 50) auf der Fixiertes-Ende-Seite wirkt, kleiner, wobei dementsprechend der Fixiertes-Ende-Verlust oder eine Ableitung nach außen von dem fixierten Ende 32 unterdrückt wird und der Rahmen 10 für eine lange Zeit schwingt. Um einen derartigen Effekt eines Aufhebens der Biegemomente, die bei Bereichen nahe der gebogenen Position 40 wirken, bei der Freies-Ende-Seite 20 und der Fixiertes-Ende-Seite 30 hinreichend zu erreichen, müssen die Form der Freies-Ende-Seite 20 und die der Fixiertes-Ende-Seite 30 des Rahmens 10 so identisch wie möglich gemacht werden. Beispielsweise weisen die Freies-Ende-Seite 20 und die Fixiertes-Ende-Seite 30 wünschenswerterweise die gleiche Länge auf, oder beide weisen das gleiche Material und die gleiche Querschnittsform auf.
Auch wenn die Freies-Ende-Seite 20 und die Fixiertes-Ende-Seite 30 des Rahmens 10 exakt die gleiche Form und das gleiche Material aufweisen, ist es in der Praxis jedoch schwierig, auf der Freies-Ende-Seite 20 und der Fixiertes-Ende-Seite 30 die Biegemomente, die auf Bereiche nahe der gebogenen Position 40 wirken, vollständig aufzuheben (zu eliminieren), da beispielsweise ein erster Leistungserzeugungsteil 60 auf der Freies-Ende-Seite 20 bereitgestellt sein kann und ein Dauermagnet 70 auf der Fixiertes-Ende-Seite 30 platziert sein kann, wobei es in diesem Fall schwierig ist, die Installationspositionen dieser Elemente, die Biegemomente beeinflussen, vollständig anzupassen. Es ist jedoch hinreichend möglich, die Biegemomente, die auf Bereiche nahe der gebogenen Position 40 wirken, nahezu aufzuheben, indem in geeigneter Weise die Installationsposition, ein Gewicht, Abmessungen usw. jedes Elements, das Biegemomente beeinflusst, justiert werden.
Ebenso zeigt 1(b) eine schematische Zeichnung, die die Biegemomente M und eine Scherkraft Q zeigt, die auf das Ende 32 auf der Fixiertes-Ende-Seite 30 des im Wesentlichen U-förmigen Rahmens 10 wirken, der das Leistungserzeugungselement 1 bildet. Gemäß der vorliegende Erfindung ist der Rahmen 10 in einer im Wesentlichen U-Form ausgebildet, um eine Erzeugung von Biegemomenten M und einer Scherkraft Q bei dem Ende 32 auf der Fixiertes-Ende-Seite 30 zu unterdrücken, um eine Verformung des Endes 32 auf der Fixiertes-Ende-Seite 30 zu minieren, die durch sie verursacht wird. Dies minimiert eine Ableitung von kinetischer Energie und ermöglicht es, dass eine Schwingung lange andauert.
Es ist anzumerken, dass anders als in 1(a) das Ende 22 auf der Freies-Ende-Seite 20, an das eine externe Kraft angelegt wird, direkt über der starr gehaltenen Position 50 in 1(b) positioniert ist, wobei der Zweck hiervon ist, das Biegemoment M3 und die Scherkraft Q, die bei der starr gehaltenen Position 50 erzeugt werden, so klein wie möglich zu halten.
Ebenso ist gemäß der vorliegenden Erfindung der Magnet 70 nur auf einer der inneren Seitenflächen 11, 12 des Rahmens 10 (wie beispielsweise nur auf der Bodeninnenseitenfläche 12) platziert, um eine Lücke 13 zwischen der anderen Innenseitenfläche (wie beispielsweise der oberen Innenseitenfläche 11) und dem Magneten 70 bereitzustellen. Wie es vorstehend beschrieben ist, verformen sich gemäß der vorliegenden Erfindung die Freies-Ende-Seite 20 und die Fixiertes-Ende-Seite 30 des Rahmens 10 gleichzeitig in einer derartigen Art und Weise, dass sie während einer Schwingung eine Öffnung 14 öffnen oder schließen, wobei sich zu dieser Seite die Breite (Höhe in der vertikalen Richtung) der Lücke 13 durch eine Vergrößerung oder Verkleinerung ändert.
Beispielsweise nimmt die Breite der Lücke 13 zu, während der Rahmen 10 in einer derartigen Art und Weise verformt wird, dass sich die zugehörige Öffnung 14 öffnet. Dies bedeutet, dass die magnetische Reluktanz des Magnetkreises, der den Magneten 70, den ersten magnetostriktiven Stab 61 und das rückwärtige Joch 15 umfasst, zunimmt, wobei diese Vergrößerung in der magnetischen Reluktanz verursacht, dass ein Vormagnetisierungsmagnetfluss 80 abnimmt und der Magnetfluss durch die erste Spule 62 ebenso abnimmt. Demgegenüber nimmt die Breite der Lücke 13 ab, während der Rahmen 10 in einer derartigen Art und Weise verformt wird, dass sich die zugehörige Öffnung 14 schließt. Dies bedeutet, dass die magnetische Reluktanz abnimmt, wobei diese Abnahme in der magnetischen Reluktanz verursacht, dass der Vormagnetisierungsmagnetfluss 80 zunimmt und ebenso der Magnetfluss durch die erste Spule 62 zunimmt. Indem auch der Vormagnetisierungsmagnetfluss 80 auf diese Weise verkleinert/vergrößert wird, wenn der Rahmen 10 schwingt, ändert sich der Magnetfluss durch die erste Spule 62 zeitweise, wobei die Größe einer Leistungserzeugung als Ergebnis vergrößert werden kann.
Zusätzlich nimmt, wenn der erste Leistungserzeugungsteil auf der Freies-Ende-Seite des Rahmens installiert ist, indem der erste magnetostriktive Stab 61 bei einer Position installiert ist, die weiter weg als der erste magnetische Stab 63 von der geraden Linie (Symmetrieachse) ist, die durch die gebogene Position 40 läuft und den Rahmen gleichmäßig in die Freies-Ende-Seite 20 und die Fixiertes-Ende-Seite 30 teilt, der Magnetfluss durch die erste Spule 62 ab, während der Rahmen in einer derartigen Art und Weise verformt wird, dass die zugehörige Öffnung 14 sich öffnet, die durch die Druckspannung verursacht wird, als Ergebnis einer Kontraktion bzw. eines Zusammenziehens, die in dem ersten magnetostriktiven Stab 61 erzeugt wird. Demgegenüber nimmt der Magnetfluss durch die erste Spule 62 zu, während der Rahmen in einer derartigen Art und Weise verformt wird, dass sich die zugehörige Öffnung 14 schließt, als Ergebnis einer Ausdehnung, die durch die Zugspannung verursacht wird, die in dem ersten magnetostriktiven Stab 61 erzeugt wird.
Andererseits ermöglicht, wenn ein erster Leistungserzeugungsteil 200 bei einer gebogenen Position 10a eines Rahmens 10 installiert ist, ein Installieren eines magnetostriktiven Stabes 201 auf einer Außenseitenfläche 18 des Rahmens 10 und eines magnetischen Stabes 202 auf einer Innenseitenfläche 19 des Rahmens 10, wie es in 11 gezeigt ist, die Verkleinerung/Vergrößerung in dem Magnetfluss aufgrund der Vergrößerung/Verkleinerung in der Breite der Lücke 13, um die Verkleinerung/Vergrößerung in dem Magnetfluss aufgrund der Änderung in der Druckspannung/Zugspannung, die in dem magnetostriktiven Stab 201 erzeugt werden, anzupassen, was den Effekt einer Vergrößerung der Leistungserzeugungsgröße als Ergebnis des Synergieeffekts von beiden aufweist.
Des Weiteren ist gemäß der vorliegenden Erfindung der Magnet 70 nur auf einer Innenseitenfläche 11 oder 12 des Rahmens 10 platziert. Dies bedeutet, dass anders als zuvor keine thermische Energie aufgrund einer Reibung erzeugt wird, die durch eine Trägheitskraft verursacht wird, die auf den Magneten, der auf einer Seitenfläche des Rahmens platziert ist, während einer Schwingung wirkt, wobei dies eine Ableitung von kinetischer Energie unterdrückt, wobei eine Schwingung als Ergebnis lange andauert.
Ebenso kann, da der Magnet, der herkömmlicherweise nahe bei beiden Enden des magnetostriktiven Elements auf einer Seitenfläche des Rahmens platziert ist, auf einer Innenseitenfläche 11 oder 12 des Rahmens 10 gemäß der vorliegenden Erfindung platziert ist, der erste magnetostriktive Stab 61 fest mit dem Rahmen 10 unter Verwendung eines Lötmittels oder einer Hartlötung 90 verbunden werden, indem die Position verwendet wird, bei der der Magnet 70 herkömmlicherweise platziert ist. 2 zeigt ein Beispiel, wie der erste magnetostriktive Stab 61 und der Rahmen 10 verbunden werden, wobei in 2(a) ein konkaver Teil 16 bereitgestellt wird, indem die Oberseite des Rahmens 10 in der longitudinalen Richtung herausgeschnitten wird, während Nuten 16a in den vorderen und hinteren Innenwänden des konkaven Teils 16 ausgebildet werden. Dann werden die vorderen und hinteren Enden des ersten magnetostriktiven Stabes 61 in die vorderen und hinteren Nuten 16a eingepasst und von der Seitenfläche des Rahmens 10 unter Verwendung eines Lötmittels oder einer Hartlötung 90 verbunden. Wie es vorstehend beschrieben ist, ist die Position, bei der das Lötmittel oder die Hartlötung 90 angewendet wird, dort, wo der Magnet herkömmlicherweise platziert wird, wobei die vorliegende Erfindung ein derartiges festes Verbindungsverfahren ermöglicht, da der Magnet 70 auf einer Innenseitenfläche 11 oder 12 des Rahmens 10 platziert ist.
Ebenso wird herkömmlicherweise ein Haftmittel für ein Verbinden des ersten magnetostriktiven Stabes 61 und des Rahmens 10 verwendet, was das Problem mit sich bringt, dass Haftmittel aus der Nut herausfließt und an der Spule anhaftet, wodurch es ermöglicht wird, dass ein gewisser Teil der kinetischen Energie für eine Bewegung der Spule verwendet wird; gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch eine Verwendung eines Lötens oder Hartlötens möglich, wobei folglich ein Anhaften der ersten Spule 62 verhindert wird, was wiederum eine Ableitung von kinetischer Energie verhindert und es ermöglicht, dass die Schwingung länger andauert. Es ist anzumerken, dass die Verbindungsstärke zwischen dem ersten magnetostriktiven Stab 61 und dem Rahmen 10 weiter vergrößert wird, indem eine Nut 17 ausgebildet wird, die sich in der vertikalen Richtung auf einer Seitenfläche des Rahmens 10 erstreckt, und diese Nut 17 mit einem Lötmittel oder einer Hartlötung 90 gefüllt wird, wie es in 2(b) und (c) gezeigt ist, oder indem ein Metallstab 91, der in der Nut 17 verlegt ist, mit einem Lötmittel oder einer Hartlötung 90 bedeckt wird, wie es in 2(d) gezeigt ist.
Es ist ebenso möglich, den ersten magnetostriktiven Stab 61 und den Rahmen 10 durch Schweißen W, wie es in 2(e) gezeigt ist, oder unter Verwendung von Bolzen bzw. Schrauben B zu verbinden, wie es in 2(f) gezeigt ist.
Zusätzlich ist ein Platzieren des ersten Leistungserzeugungsteils 60 (erster magnetostriktiver Stab 61 und erster magnetischer Stab 63) und eines zweiten Leistungserzeugungsteils 100 (zweiter magnetostriktiver Stab 101 und zweiter magnetischer Stab 103; siehe 8) achsensymmetrisch in Bezug auf die Symmetrieachse L von dem Standpunkt, das Ausmaß einer Verformung (Biegungsgröße) der Freies-Ende-Seite 20 so gleich wie möglich zu dem der Fixiertes-Ende-Seite 30 während einer Schwingung zu machen, wünschenswert, sodass die Biegemomente und Scherkräfte, die auf Bereiche nahe der gebogenen Position 40 wirken, auf der Freies-Ende-Seite 20 und der Fixiertes-Ende-Seite 30 aufgehoben werden. Ein anderer Vorteil ist, dass der erste magnetostriktive Stab 61 und der zweite magnetostriktiver Stab 101 sich gleichzeitig ausdehnen/zusammenziehen.
Zusätzlich fährt, wenn ein Gewicht 110 an das Ende auf der Freies-Ende-Seite 20 angebracht wird (siehe 6), das Gewicht 110, sobald es beginnt zu schwingen, aufgrund einer Trägheitskraft fort, für eine lange Zeit zu schwingen, wobei dies dabei hilft, die Schwingung des Rahmens 10 für eine lange Zeit aufrechtzuerhalten. Es ist anzumerken, dass das Gewicht 110 wünschenswerterweise so nahe wie möglich an das Ende 32 auf der Fixiertes-Ende-Seite platziert wird, wie beispielsweise unmittelbar über dem Ende 32 auf der Fixiertes-Ende-Seite. Der Grund hierfür ist, dass ein Platzieren des Gewichts 110 direkt über dem Ende 32 auf der Fixiertes-Ende-Seite verursacht, dass die Trägheitskraft des Gewichts 110 auf das Ende auf der Fixiertes-Ende-Seite 30 in der vertikalen Richtung wirkt, was bedeutet, dass nahezu kein Biegemoment oder keine Scherkraft bei diesem Ende 32 erzeugt wird, um den Fixiertes-Ende-Verlust bei diesem Ende 32 zu verhindern.
Zusätzlich verformen sich, wenn zwei Leistungserzeugungselemente 3 in ein Leistungserzeugungselement verwandelt werden, indem die zugehörigen Freies-Ende-Seiten 20 und die die zugehörigen Fixiertes-Ende-Seiten 30 jeweils miteinander verbunden werden (siehe 9), diese zwei Leistungserzeugungselemente 3 symmetrisch über den verbundenen Positionen. Dementsprechend kann das Biegemoment, das bei dem Ende 32 auf der Fixiertes-Ende-Seite erzeugt wird, auf nahezu null verringert werden, was es ermöglicht, beinahe vollständig ein Auftreten eines Fixiertes-Ende-Verlustes, der durch ein Biegemoment oder eine Scherkraft verursacht wird, bei diesem Ende 32 zu verhindern.
Es ist anzumerken, dass die externe Kraft, die auf das Leistungserzeugungselement wirken kann, das durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagen wird, verschiedene Formen annehmen kann, wie beispielsweise eine Aufprallkraft, die angelegt wird, wenn ein Teil des Leistungserzeugungselements getroffen wird, eine Wiederherstellungskraft, die angelegt wird, nachdem ein Teil des Leistungserzeugungselements eine elastische Verformung durchgemacht hat, eine Trägheitskraft, die erzeugt wird, wenn eine Schwingung oder ein Aufprall auf das gesamte Leistungserzeugungselement aufgebracht wird, eine magnetische Kraft, die angelegt wird, wenn der Magnet und ein Teil des Leistungserzeugungselements magnetisiert werden, und eine Fluidkraft, die angelegt wird, wenn Wind oder Wasser veranlasst wird, mit dem Leistungserzeugungselement zu kollidieren.
Zusätzlich kann das Leistungserzeugungselement, das durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagen wird, ebenso als ein Aktor bzw. eine Betätigungseinrichtung 120 verwendet werden (siehe 20). Genauer gesagt kann es als ein Aktor 120 verwendet werden, der einen Aufbau aufweist, der identisch zu dem des vorstehend genannten Leistungserzeugungselements 1 ist, wobei der Aktor dergestalt ist, dass, wenn ein elektrischer Strom der ersten Spule 62 zugeführt wird, um den ersten magnetostriktiven Stab 61 auszudehnen/zusammenzuziehen, die Freies-Ende-Seite 20 und die Fixiertes-Ende-Seite 30 schwingen.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
[1] Schematische Zeichnungen (a) und (b), die jeweils die Biegemomente und Scherkräfte zeigen, die auf die jeweiligen Enden auf der Freies-Ende-Seite und der Fixiertes-Ende-Seite des Rahmens wirken
[2] Zeichnungen (a) bis (f), von denen jede einen Zustand des ersten magnetostriktiven Stabes zeigt, der mit dem Rahmen mittels Lötens, Hartlötens usw. verbunden ist
[3] Schematische strukturelle Zeichnungen (a) und (b) des Leistungserzeugungselements in einem ersten Ausführungsbeispiel
[4] Zeichnungen (a) und (b), von denen jede einen verformten Zustand des Rahmens zeigt
[5] Schematische strukturelle Zeichnung des Leistungserzeugungselements in einem zweiten Ausführungsbeispiel
[6] Schematische strukturelle Zeichnungen (a) und (b) des Leistungserzeugungselements in einem dritten Ausführungsbeispiel
[7] Schematische strukturelle Zeichnung des Leistungserzeugungselements in einem vierten Ausführungsbeispiel
[8] Schematische strukturelle Zeichnung des Leistungserzeugungselements in einem fünften Ausführungsbeispiel
[9] Schematische strukturelle Zeichnung des Leistungserzeugungselements in einem sechsten Ausführungsbeispiel
[10] Schematische strukturelle Zeichnung, die einen Zustand des Rahmens zeigt, der starr bei einem Winkel gehalten wird
[11] Schematische strukturelle Zeichnung des Leistungserzeugungselements in einem siebten Ausführungsbeispiel
[12] Schematische strukturelle Zeichnung, die ein anderes Zustandsbeispiel des Leistungserzeugungselements in dem siebten Ausführungsbeispiel zeigt
[13] Schematische strukturelle Zeichnung des Leistungserzeugungselements in einem achten Ausführungsbeispiel
[14] Schematische strukturelle Zeichnung eines Variationsbeispiels 1 des Leistungserzeugungselements in dem achten Ausführungsbeispiel
[15] Schematische strukturelle Zeichnung eines Variationsbeispiels 2 des Leistungserzeugungselements in dem achten Ausführungsbeispiel
[16] Schematische strukturelle Zeichnung des Leistungserzeugungselements in einem neunten Ausführungsbeispiel
[17] Schematische Draufsicht (a) und schematische Seitenansicht (b) des Leistungserzeugungselements in einem zehnten Ausführungsbeispiel
[18] Schematische Draufsicht (a) und schematische Seitenansicht (b) des Leistungserzeugungselements in einem elften Ausführungsbeispiel
[19] Schematische Seitenansicht (a) und schematische perspektivische Ansicht (b) des Leistungserzeugungselements in einem zwölften Ausführungsbeispiel
[20] Schematische Zustandsdarstellung eines Aktors
[21] Seitenansicht (a) und Draufsicht (b), von denen jede einen groben Aufbau eines herkömmlichen Leistungserzeugungselements zeigt
Ausführungsform der Erfindung
[Erstes Ausführungsbeispiel]
Als Nächstes wird das erste Ausführungsbeispiel des Leistungserzeugungselements beschrieben, das durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagen wird.
Wie es in 3(a) gezeigt ist, wird ein Leistungserzeugungselement 1, das mit der vorliegenden Erfindung übereinstimmt, grob durch einen ersten Leistungserzeugungsteil 60, einen Rahmen 10 und einen Magneten 70 gebildet.
Der erste Leistungserzeugungsteil 60 ist bereitgestellt, um eine Leistung unter Verwendung des inversen magnetostriktiven Effekts auf der Freies-Ende-Seite 20 des Rahmens 10 zu erzeugen, wobei er grob durch einen ersten magnetostriktiven Stab 61, eine erste Spule 62 und einen ersten magnetischen Stab 63 gebildet wird.
Der erste magnetostriktive Stab 61 ist ein stabartiges Element, das durch ein magnetisches Material gebildet wird. Der Typ des magnetischen Materials ist in keinerlei Weise begrenzt, wobei aber Galfenol, das eine Eisen-Gallium-Legierung ist, verwendet werden kann, oder es kann Permendur, das eine Eisen-Kobalt-Legierung ist, oder beispielsweise ein anderes Material sein. Zusätzlich kann nicht nur ein kristallines Material, sondern ebenso ein amorphes Material verwendet werden. Des Weiteren kann ein magnetostriktives Material, dem eine Druckspannung im Vorfeld durch ein Spannungsglühen hinzugefügt worden ist, verwendet werden, um die Magnetisierungsänderung bezüglich der Zugspannung zu vergrößern. Vorzugsweise wird der erste magnetostriktive Stab 61 durch ein magnetisches Material gebildet, das eine Duktilität aufweist, da es sich zusammenzieht/ausdehnt, indem eine externe Kraft empfangen wird, wobei die Einzelheiten hiervon nachstehend beschrieben werden. Der erste magnetostriktive Stab 61 muss nur eine stabartige Form aufweisen, wobei Beispiele hiervon einen rechteckigen Festkörper und eine Säule umfassen.
Die erste Spule 62 ist um den ersten magnetostriktiven Stab 61 gewickelt und erzeugt eine Spannung proportional zu der zeitlichen Änderung in dem Magnetfluss, der durch den ersten magnetostriktiven Stab 61 hindurchgeht, entsprechend dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion.
Das Material der ersten Spule 62 ist in keinerlei Weise begrenzt, wobei aber beispielsweise ein Kupferdraht verwendet werden kann. Zusätzlich kann der Spannungspegel justiert werden, indem die Anzahl von Windungen der ersten Spule 62 geändert wird.
Der erste magnetische Stab 63, der einen Parallelbalkenaufbau annimmt, wo er parallel zu dem ersten magnetostriktiven Stab 61 platziert ist, weist eine geeignete Steifigkeit und Form auf, um in der Lage zu sein, eine gleichförmige Druckkraft oder Zugkraft an einen Abschnitt des ersten magnetostriktiven Stabes 61 anzulegen. Genauer gesagt weist er die Steifigkeit und Form auf, die erforderlich ist, um die neutrale Achse (die Achse, die sich unter einer Nullspannung nicht zusammenzieht/ausdehnt) außerhalb des Abschnitts des ersten magnetostriktiven Stabes 61 zu positionieren, wenn sich dieser Parallelbalkenaufbau aufgrund des Anlegens einer externen Kraft beugt.
Der Rahmen 10 ist aus einem magnetischen Material hergestellt, das in einer im Wesentlichen U-Form gebogen ist. Der Rahmen 10 wird starr in einem Zustand des sogenannten Auslegerbalkens gehalten, wobei eine zugehörige longitudinale Richtung grob horizontal liegt und das zugehörige eine Ende und das andere Ende über der gebogenen Position 40 ein fixiertes Ende bzw. ein freies Ende bilden. In der vorliegenden Erfindung umfasst die ”im Wesentlichen U-Form” die sogenannte ”U-Form”, in der sich der Rahmen 10 entlang einer allmählichen Kurve von der Freies-Ende-Seite 20 zu der Fixiertes-Ende-Seite 30 krümmt, und die sogenannte ”V-Form”, in der die Lücke zwischen der Freies-Ende-Seite 20 und der Fixiertes-Ende-Seite 30 sich allmählich von der gebogenen Position 40 in Richtung des Endes 22 auf der Freies-Ende-Seite und des Endes 32 auf der Fixiertes-Ende-Seite ausweitet.
Um vollständig den Effekt der vorliegenden Erfindung eines ”Aufhebens der Biegemomente und der Scherkräfte, die auf Bereiche nahe der gebogenen Position auf der Freies-Ende-Seite des Rahmens wirken, mit den Biegemomenten und den Scherkräften, die auf Bereiche nahe der gebogenen Position auf der Fixiertes-Ende-Seite” zu erreichen, ist die am meisten zu bevorzugende Rahmenform eine, die zwei Biegepunkte aufweist, bei denen sie sich um nahezu einen rechten Winkel oder nahe an einem rechten Winkel biegt; in der vorliegenden Erfindung sind jedoch U-Formen, die keine klaren Biegepunkte aufweisen, V-Formen, die einen Biegepunkt aufweisen, und sogar mehrstufige Formen, die drei oder mehr Biegepunkte aufweisen, in der ”im Wesentlichen U-Form” in dem breiten Sinne des Begriffs beinhaltet, solange der vorstehend genannte Effekt zum Aufheben der Momente und der Scherkräfte erreicht werden kann.
Wie es vorstehend beschrieben ist, ist der erste Leistungserzeugungsteil 60 auf der Freies-Ende-Seite 20 des Rahmens 10 installiert; genauer gesagt ist er in einer derartigen Art und Weise installiert, dass der erste magnetostriktive Stab 61 weiter weg (weiter weg von der geraden Linie positioniert) als der erste magnetische Stab 63 von der geraden Linie L positioniert ist, die durch die gebogene Position 40 läuft und den Rahmen 10 gleichmäßig in die Freies-Ende-Seite 20 und die Fixiertes-Ende-Seite 30 teilt.
Von zwei gegenüberliegenden Innenseitenflächen 11, 12 des Rahmens 10 ist der Magnet 70 auf der Bodeninnenseitenfläche 12 platziert. Indem der Magnet 70 nur auf der Bodeninnenseitenfläche 12 installiert ist, ist eine Lücke 13 zwischen dem Magneten 70 und der oberen Innenseitenfläche 10 bereitgestellt. Es ist anzumerken, dass der Magnet 70 nur auf der oberen Innenseitenfläche 11 platziert sein kann.
Wie es vorstehend beschrieben ist, ist der Rahmen 10 aus einem magnetischen Material hergestellt, wobei folglich ein Teil des Rahmens 10 (von einer Nähe der Installationsposition des Magneten 70 zu einer Nähe des vorderen Endes des magnetostriktiven Stabes 61) als ein rückwertiges Joch 15 fungiert und, wenn der Magnetfluss von dem Magneten 70 durch den ersten magnetostriktiven Stab 61 und das rückwertige Joch 15 hindurchgeht, ein magnetischer Kreis gebildet wird. Es ist anzumerken, dass, während ein Dauermagnet 70 als der Magnet 70 in diesem Ausführungsbeispiel verwendet wird, der Magnettyp nicht auf diesem begrenzt ist und beispielsweise ebenso ein Elektromagnet verwendet werden kann. Ebenso kann nur der Teil des gesamten Rahmens 10, der als das rückwertige Joch 15 fungiert, durch ein magnetisches Material gebildet werden; vom Standpunkt eines Aufhebens der Biegemomente und der Scherkräfte, die auf einen Punkt nahe der gebogenen Position 40 wirken, auf der Freies-Ende-Seite 20 und der Fixiertes-Ende-Seite 30 sind die Freies-Ende-Seite 20 und die Fixiertes-Ende-Seite 30 vorzugsweise aus dem gleichen Material, wenn es überhaupt möglich ist, hergestellt, was in der Praxis bedeutet, dass der gesamte Rahmen 10 vorzugsweise aus einem homogenen magnetischen Material hergestellt ist.
Wenn eine externe Kraft an das Leistungserzeugungselement 1, das einen derartigen Aufbau aufweist, angelegt wird, schwingen sowohl die Freies-Ende-Seite 20 als auch die Fixiertes-Ende-Seite 30, wobei eine induktive Spannung (oder ein induktiver Strom) in der ersten Spule 62 aufgrund des inversen magnetostriktiven Effekts erzeugt wird, wobei als Ergebnis eine Leistung erzeugt wird.
Genauer gesagt wird erachtet, dass der im Wesentlichen U-förmige Rahmen 10 einen Auslegerbalkenaufbau aufweist, wobei das zugehörige Ende 32 auf der Fixiertes-Ende-Seite starr durch ein Fixierelement gehalten wird. Wenn eine externe Kraft an das zugehörige Ende 22 auf der Freies-Ende-Seite angelegt wird, verformen sich die Freies-Ende-Seite 20 und die Fixiertes-Ende-Seite 30 grob achsensymmetrisch über der gerade Linie L, die durch die gebogene Position 40 läuft und den Rahmen 10 gleichmäßig in die Freies-Ende-Seite 20 und die Fixiertes-Ende-Seite 30 teilt. Dies bedeutet, dass sich, wenn die Freies-Ende-Seite 20 des Rahmens 10 sich nach oben beugt, die Fixiertes-Ende-Seite 30 nach unten achsensymmetrisch beugt, wie es in 4(a) gezeigt ist; wenn sich die Freies-Ende-Seite 20 nach unten beugt, beugt sich demgegenüber die Fixiertes-Ende-Seite 30 achsensymmetrisch nach oben, wie es in 4(b) gezeigt ist. Anders ausgedrückt verformen sich sowohl die Freies-Ende-Seite 20 als auch die Fixiertes-Ende-Seite 30 des im Wesentlichen U-förmigen Rahmens 10 gleichzeitig in einer derartigen Art und Weise, dass die Öffnung 14 geöffnet oder geschlossen wird.
Nunmehr wird, wenn sich die Freies-Ende-Seite 20 nach unten beugt (derart verformt wird, dass sich die Öffnung 14 schließt), beispielsweise eine Zugspannung, die einem Biegemoment entspricht, in dem gesamten Abschnitt des ersten magnetostriktiven Stabes 61 als Ergebnis hiervon erzeugt, wobei sich der erste magnetostriktive Stab 61 ausdehnt. Wenn dies passiert, wird eine Druckspannung, die einem Biegemoment entspricht, in dem gesamten Abschnitt des ersten magnetischen Stabes 63 erzeugt, wobei sich der erste magnetische Stab 63 zusammenzieht.
Wenn die Freies-Ende-Seite 20 sich nach oben beugt, wird demgegenüber eine Druckspannung, die einem Biegemoment entspricht, in dem gesamten Abschnitt des ersten magnetostriktiven Stabes 61 als Ergebnis hiervon erzeugt, wobei sich der erste magnetostriktive Stab 61 zusammenzieht. Wenn dies passiert, wird eine Zugspannung, die einem Biegemoment entspricht, in dem gesamten Abschnitt des ersten magnetischen Stabes 63 erzeugt, wobei sich der erste magnetische Stab 63 ausdehnt.
Auf diese Weise, oder genauer gesagt, wenn der Rahmen 10 schwingt und dementsprechend der erste magnetostriktive Stab 61 eine Zugspannung/Druckspannung erzeugt und sich als Ergebnis ausdehnt/zusammenzieht, nimmt die Magnetisierung des ersten magnetostriktiven Stabes 61 aufgrund des inversen magnetostriktiven Effekts zu/ab, wobei der Magnetfluss durch die erste Spule 62, die um den ersten magnetostriktiven Stab 61 gewickelt ist, ebenso zunimmt/abnimmt. Aufgrund dieser zeitlichen Änderung in dem Magnetfluss wird eine induktive Spannung (oder ein induktiver Strom) in der ersten Spule 62 erzeugt. Da der Rahmen 10 des Auslegerbalkenaufbaus sich biegt und schwingt, wenn eine externe Kraft angelegt wird, ist eine kontinuierliche Leistungserzeugung durch eine Resonanz möglich.
Es ist anzumerken, dass, während in diesem Ausführungsbeispiel der magnetostriktive Stab 61 bei einer Position weiter weg als der erste magnetische Stab 63 von der geraden Linie L, die durch die Biegeposition 40 läuft und den Rahmen 10 gleichmäßig in die Freies-Ende-Seite 20 und die Fixiertes-Ende-Seite 30 teilt, installiert ist, der erste magnetostriktive Stab 61 ebenso bei einer Position näher daran als der erste magnetische Stab 63 installiert sein kann, wie es in 3(b) gezeigt ist.
[Zweites Ausführungsbeispiel]
Als Nächstes wird das zweite Ausführungsbeispiel des Leistungserzeugungselements, das durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagen wird, beschrieben; es ist anzumerken, dass solche Stellen, die strukturell identisch zu dem ersten Ausführungsbeispiel sind, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden und nicht beschrieben werden.
Wie es in 5 gezeigt ist, ist ein Leistungserzeugungselement 2 in diesem Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet, dass das Ende 22 auf der Freies-Ende-Seite des Rahmens 10 nach oben gebogen ist.
Das vorstehend beschriebene erste Ausführungsbeispiel stellt einen Aufbau dar, der in Situationen geeignet ist, in denen eine externe Kraft entlang der vertikalen Richtung zu der Freies-Ende-Seite 20 des Rahmens 10 beeinflusst wird; dieses Ausführungsbeispiel stellt demgegenüber einen Aufbau dar, der in Situationen geeignet ist, in denen eine externe Kraft entlang der horizontalen Richtung zu dem Ende 22 auf der Freies-Ende-Seite angelegt wird. Wenn eine externe Kraft auf das Ende 22 auf der Freies-Ende-Seite aus der horizontalen Richtung wirkt, wirkt ein Biegemoment auf eine nach oben gebogenen Position 22a, wobei dieses Biegemoment verursacht, dass der gesamte Rahmen 10 schwingt, wobei eine Zugspannung/Druckspannung auf den ersten magnetostriktiven Stab 61 als Ergebnis wirkt.
Es ist anzumerken, dass, obwohl es nicht veranschaulicht ist, dass Biegemoment und die Scherkraft, die bei der starr gehaltenen Position 50 erzeugt wird, minimiert werden können, indem das Ende 22 der Freies-Ende-Seite 20 direkt über der starr gehaltenen Position 50 positioniert wird, wie in 1(b).
[Drittes Ausführungsbeispiel]
Als Nächstes wird das dritte Ausführungsbeispiel des Leistungserzeugungselements, das durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagen wird, beschrieben; es ist anzumerken, dass solche Stellen, die strukturell identisch zu jedem der vorstehend genannten Ausführungsbeispiele sind, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden und nicht beschrieben werden.
Wie es in 6(a) gezeigt ist, ist ein Leistungserzeugungselement 3 in diesem Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet, dass das Ende 32 auf der Fixiertes-Ende-Seite des Rahmens 10 starr auf einem Schwingungskörper B gehalten wird und dass ein Gewicht 110 bei dem Ende 22 auf der Freies-Ende-Seite fixiert ist.
In diesem Fall wird eine externe Kraft an das Ende 32 auf der Fixiertes-Ende-Seite angelegt; sowohl die Freies-Ende-Seite 20 als auch die Fixiertes-Ende-Seite 30 des Rahmens 10 verformen sich jedoch gleichzeitig in einer derartigen Art und Weise, dass die Öffnung 14 geöffnet oder geschlossen wird, genau wie in jedem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele. Indem das Gewicht 110 an das Ende 22 auf der Freies-Ende-Seite angebracht wird, fährt das Gewicht 110, sobald es beginnt zu schwingen, aufgrund der Trägheitskraft fort, für eine lange Zeit zu schwingen, wobei folglich die Schwingung des gesamten Rahmens 10 für eine lange Zeit aufrechterhalten werden kann. Es ist anzumerken, dass der Aufbau ebenso derart sein kann, dass das Leistungserzeugungselement 3 starr auf dem Schwingungskörper B ohne das Gewicht 110 gehalten wird.
Ebenso kann, wie es in 6(b) gezeigt ist, eine große Aufprallkraft F an das Ende 32 auf der Fixiertes-Ende-Seite in der vertikalen Richtung angelegt werden, um zu verursachen, dass eine große Trägheitskraft auf das Gewicht 110 wirkt, wobei hierdurch der Rahmen 10 schwingt.
[Viertes Ausführungsbeispiel]
Als Nächstes wird das vierte Ausführungsbeispiel des Leistungserzeugungselements, das durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagen wird, beschrieben; es ist anzumerken, dass solche Stellen, die strukturell identisch zu jedem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele sind, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden und nicht beschrieben werden.
Wie es in 7 gezeigt ist, weist ein Leistungserzeugungselement 4 in diesem Ausführungsbeispiel einen Magneten 130 bei dem Ende 22 auf der Freies-Ende-Seite auf, wobei dieser Magnet 70 in einer derartigen Art und Weise aufgebaut ist, dass er frei von dem Ende/an das Ende auf der Fixiertes-Ende-Seite 30 unter Verwendung eines bekannten Schaltermechanismus 131 abgenommen und angebracht werden kann. Um den Magneten 130, der an der Fixiertes-Ende-Seite 30 magnetisiert ist, zu entfernen, ist ein Mechanismus, durch den beispielsweise ein stabartiges Element 131a schenkbar gehalten wird, als ein Schaltermechanismus auf der Fixiertes-Ende-Seite 30 in einer Art und Weise bereitgestellt, die in der vertikalen Richtung drehbar ist, wobei die Spitze des stabartigen Elements 131a unter Verwendung des Hebelprinzips zusammen mit dem Magneten 130 nach oben gefedert wird.
Indem ein Aufbau bereitgestellt wird, der es ermöglicht, dass der Magnet 130 frei unter Verwendung des Schaltmechanismus 131 abgenommen und angebracht wird, kann eine Leistung auf einfache Weise mit einer Tastendruckaktion zum Einschalten/Ausschalten des Schalters erhalten werden.
[Fünftes Ausführungsbeispiel]
Als Nächstes wird das fünfte Ausführungsbeispiel des Leistungserzeugungselements, das durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagen wird, beschrieben; es ist anzumerken, dass solche Stellen, die strukturell identisch zu jedem der vorstehend genannten Ausführungsbeispiele sind, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden und nicht beschrieben werden.
Wie es in 8 gezeigt ist, ist ein Leistungserzeugungselement 5 in diesem Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet, dass es einen zweiten Leistungserzeugungsteil 100 aufweist.
Der zweite Leistungserzeugungsteil 100 wird grob durch einen zweiten magnetostriktiven Stab 101, der aus einem magnetostriktiven Material hergestellt ist, eine zweite Spule 102, die um den zweiten magnetostriktiven Stab 101 gewickelt ist, und einen zweiten magnetischen Stab 103 gebildet, der eine geeignete Steifigkeit und Form aufweist, um eine gleichförmige Druckkraft oder Zugkraft an den zweiten magnetostriktiven Stab 101 anzulegen, und parallel zu dem zweiten magnetostriktiven Stab 101 platziert ist.
Der zweite Leistungserzeugungsteil 100 ist auf der Fixiertes-Ende-Seite 30 installiert, wobei der erste magnetostriktive Stab 61, der erste magnetische Stab 63, der zweite magnetostriktive Stab 101 und der zweite magnetische Stab 103 achsensymmetrisch in Bezug auf die vorstehend genannte Symmetrieachse L platziert sind. Genauer gesagt sind der erste magnetostriktive Stab 61, der erste magnetische Stab 63, die Symmetrieachse L, der zweite magnetische Stab 103 und der zweite magnetostriktive Stab 101 in dieser Reihenfolge von oben nach unten platziert.
Indem dem ersten Leistungserzeugungsteil 60 und dem zweiten Leistungserzeugungsteil 100 ein interner Aufbau verliehen wird, der in Bezug auf die Symmetrieachse L achsensymmetrisch ist, können die Verformungsgrößen (die Beugungsgröße), die auf der Freies-Ende-Seite 20 und der Fixiertes-Ende-Seite 30 während einer Schwingung auftreten, so gleich wie möglich gemacht werden, sodass die Biegemomente und die Scherkräfte, die nahe der gebogenen Position 40 darauf wirken, auf der Freies-Ende-Seite 20 und der Fixiertes-Ende-Seite 30 in einer effektiven Art und Weise aufgehoben werden können.
Es ist anzumerken, dass das Leistungserzeugungselement 5 in diesem Ausführungsbeispiel mit dem nach oben gerichteten Biegen des Endes 22 auf der Freies-Ende-Seite, das in dem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt ist, oder dem Anbringen des Schwingungskörpers B und des Gewichts 110, das in dem dritten Ausführungsbeispiel gezeigt ist, oder dem Schaltermechanismus 131, der in dem vierten Ausführungsbeispiel gezeigt ist, kombiniert werden kann.
[Sechstes Ausführungsbeispiel]
Als Nächstes wird das sechste Ausführungsbeispiel des Leistungserzeugungselements, das durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagen wird, beschrieben; es ist anzumerken, dass solche Stellen, die strukturell identisch zu jedem der vorstehend genannten Ausführungsbeispiele sind, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden und nicht beschrieben werden.
Wie es in 9 gezeigt ist, ist ein Leistungserzeugungselement 6 in diesem Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet, dass es zwei Leistungserzeugungselemente 3 aufweist, die identisch zu dem sind, das in dem dritten Ausführungsbeispiel gezeigt ist, die das gleiche Gewicht 110 teilen, und dass die Freies-Ende-Seiten 20 und die Fixiertes-Ende-Seiten 30 der jeweiligen Leistungserzeugungselemente 3 miteinander verbunden sind.
Mit diesem Aufbau verformen sich die zwei Leistungserzeugungselemente 3 symmetrisch über den verbundenen Positionen in einer derartigen Art und Weise, dass die Biegemomente und die Scherkräfte, die bei dem Ende 32 auf der Fixiertes-Ende-Seite erzeugt werden, so nahe wie möglich an null gebracht werden, wobei dies beinahe vollständig ein Auftreten des Fixiertes-Ende-Verlustes bei diesem Ende 32 verhindert. Es ist anzumerken, dass das Leistungserzeugungselement 6 aufgebaut sein kann, kein Gewicht 110 aufzuweisen.
Eine externe Kraft, die an das Leistungserzeugungselement, das durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagen wird, angelegt werden würde, wird nicht immer aus der Richtung angelegt, die orthogonal zu der longitudinalen Richtung des Rahmens 10 ist, wobei sie in einigen Fällen aus einer Richtung angelegt werden kann, die zu der longitudinalen Richtung des Rahmens 10 schräg ist. Wenn eine externe Kraft aus einer schrägen Richtung angelegt wird, wird die externe Kraft in eine Komponente entlang der longitudinalen Richtung des Rahmens 10 und eine Komponente, die orthogonal zu der longitudinalen Richtung ist, aufgeteilt, wobei die Externe-Kraft-Komponente, die orthogonal zu der longitudinalen Richtung ist, dem Rahmen 10 eine Schwingung verleiht, um den vorstehend genannten Effekt zu erreichen. Ebenso wird in jedem der vorstehend genannten Ausführungsbeispiele das Ende 32 auf der Fixiertes-Ende-Seite starr in einer derartigen Art und Weise gehalten, dass die longitudinale Richtung des Rahmens 10 sich in die horizontale Richtung erstreckt; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf das vorstehend Beschriebene begrenzt, wobei dieses Ende starr in einer derartigen Art und Weise gehalten werden kann, dass die longitudinale Richtung des Rahmens 10 sich schräg zu der horizontalen Richtung erstreckt, wie es in 10 gezeigt ist.
[Siebtes Ausführungsbeispiel]
Als Nächstes wird das siebte Ausführungsbeispiel des Leistungserzeugungselements, das durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagen wird, beschrieben; es ist anzumerken, dass solche Stellen, die strukturell identisch zu jedem der vorstehend genannten Ausführungsbeispiele sind, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden und nicht beschrieben werden.
Wie es in 11 gezeigt ist, ist ein Leistungserzeugungselement 7 in diesem Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Leistungserzeugungsteil 200 bei einer gebogenen Position 10a des Rahmens 10 installiert ist, ein erster magnetostriktiver Stab 201 auf einer Außenseitenfläche 18 des Rahmens 10 installiert ist und ein erster magnetischer Stab 202 auf einer Innenseitenfläche 19 des Rahmens 10 installiert ist.
Eine externe Kraft kann an das Leistungserzeugungselement 7 bei dem Ende 22 auf der Freies-Ende-Seite 20 oder durch Verwenden eines (nicht veranschaulichten) Schwingungskörpers angelegt werden, der bei dem Ende 32 auf der Fixiertes-Ende-Seite 30 installiert ist.
Dieser Aufbau verursacht, dass sich der erste magnetostriktive Stab 201 aufgrund einer Druckspannung zusammenzieht, während die Öffnung 14 als Ergebnis einer Verformung offen ist, wobei der Magnetfluss durch die erste Spule 203 abnimmt, wie es vorstehend beschrieben ist. Während die Öffnung 14 als Ergebnis einer Verformung geschlossen wird, dehnt sich demgegenüber der erste magnetostriktive Stab 201 aufgrund einer Zugspannung aus, wobei der Magnetfluss durch die erste Spule 203 zunimmt, wobei dementsprechend die Verkleinerung/Vergrößerung in dem Magnetfluss aufgrund einer Vergrößerung/Verkleinerung in der Breite der Lücke 13 mit der Verkleinerung/Vergrößerung in dem Magnetfluss aufgrund der Änderung in der Druckspannung/Zugspannung, die in dem ersten magnetostriktiven Stab 201 erzeugt wird, übereinstimmt.
Zusätzlich ermöglicht eine Bereitstellung des ersten Leistungserzeugungsteils 201 bei der gebogenen Position 10a, dass nur das Biegemoment, das den ersten Leistungserzeugungsteil 200 krümmt, auf den ersten Leistungserzeugungsteil 200 wirkt, aufgrund der Kraft, die vertikal zu der longitudinalen Richtung der Freies-Ende-Seite 20 während einer Schwingung angelegt wird, wobei dies den Leistungserzeugungswirkungsgrad verbessert.
Zusätzlich können als ein Beispiel, das das fünfte Ausführungsbeispiel und das siebte Ausführungsbeispiel kombiniert, erste Leistungserzeugungsteile 200a, 200b auf der Freies-Ende-Seite 20 bzw. bei der gebogenen Position 10a des Rahmens 10 installiert sein, wobei ein zweiter Leistungserzeugungsteil 204 auf der Fixiertes-Ende-Seite 30 installiert ist.
[Achtes Ausführungsbeispiel]
Als Nächstes wird das achte Ausführungsbeispiel des Leistungserzeugungselements, das durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagen wird, beschrieben; es ist anzumerken, dass solche Stellen, die strukturell identisch zu jedem der vorstehend genannten Ausführungsbeispiele sind, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden und nicht beschrieben werden.
Wie es in 13 gezeigt ist, ist ein Leistungserzeugungselement 8 in diesem Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet, dass zwei Leistungserzeugungselemente 300a, 300b, von denen jedes den ersten Leistungserzeugungsteil 200 wie den umfasst, der in dem siebten Ausführungsbeispiel gezeigt ist, der bei der gebogenen Position 10a des Rahmens installiert ist, in einer Art und Weise platziert sind, dass sie einander gegenüberliegen, wobei beide Leistungserzeugungselemente die gleichen fixierten Enden 301a, 301b teilen, wobei Gewichte 302a, 302b einer identischen Masse an die Enden auf den jeweiligen Freies-Ende-Seiten angebracht sind.
Gemäß dem Leistungserzeugungselement 8 in diesem Ausführungsbeispiel werden Momente an die fixierten Enden 301a, 301b in entgegengesetzte Richtungen während einer Schwingung angelegt, wodurch sie einander aufheben und somit ermöglichen, dass die Schwingung aufgrund des sogenannten Stimmgabelprinzips für eine lange Zeit andauert.
14 zeigt ein Variationsbeispiel 1, in dem Gewichte 303a, 303b unterschiedlicher Massen verursachen, dass das gesamte Leistungserzeugungselement bei zwei unterschiedlichen Eigenschwingungsfrequenzen schwingt, wobei dieser Aufbau das Band von Frequenzen, bei denen eine Leistung mit einem hohen Wirkungsgrad erzeugt werden kann, ausweitet.
Ebenso zeigt 15 ein Variationsbeispiel 2, in dem Magnete 304a, 304b in einer Art und Weise platziert sind, dass sie einander auf den Seitenflächen der Gewichte 302a, 302b gegenüberliegen, was verursacht, dass die Federeigenschaft aufgrund einer Anziehung und einer Abstoßung, die durch eine magnetische Kraft verursacht werden, nichtlinear wird, wobei dies das Band von Frequenzen, bei denen eine Leistung bei einem hohen Wirkungsgrad erzeugt werden kann, ausweitet.
[Neuntes Ausführungsbeispiel]
Als Nächstes wird das neunte Ausführungsbeispiel des Leistungserzeugungselements, das durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagen wird, beschrieben; es ist anzumerken, dass solche Stellen, die strukturell identisch zu jedem der vorstehend genannten Ausführungsbeispiele sind, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden und nicht beschrieben werden.
Wie es in 16 gezeigt ist, ist ein Leistungserzeugungselement 9 in diesem Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet, dass es einen Magneten 305 bei dem Ende 22 auf der Freies-Ende-Seite 20 sowie eine Schalterplatte 306 aufweist, die sich in der longitudinalen Richtung von einem Teil auf der Fixiertes-Ende-Seite 30 erstreckt.
Die Schalterplatte 306 ist strukturell von dem Magneten 305/an den Magneten 305 abnehmbar/anbringbar, wobei der Mechanismus derart ist, dass, wenn die Schalterplatte 306 in einem Zustand, in dem der Magnet 305 an die Schalterplatte 306 angebracht ist, nach unten gedrückt wird, wie es durch den Pfeil gezeigt ist, die Anziehungskraft freigegeben wird und die Freies-Ende-Seite 20 nach oben springt, um eine Schwingung zu verursachen.
Auch mit dem Leistungserzeugungselement 9 in diesem Ausführungsbeispiel kann eine Leistung auf einfache Weise mit einem Tastendruck zum Einschalten/Ausschalten des Schalters erhalten werden, wie es in dem vierten Ausführungsbeispiel gezeigt ist.
[Zehntes Ausführungsbeispiel]
Als Nächstes wird das neunte Ausführungsbeispiel des Leistungserzeugungselements, das durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagen wird, beschrieben; es ist anzumerken, dass solche Stellen, die strukturell identisch zu jedem der vorstehend genannten Ausführungsbeispiele sind, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden und nicht beschrieben werden.
Wie es in 17(a) und (b) gezeigt ist, ist eine Leistungserzeugungselement 400a in diesem Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet, dass in einem zugehörigen Leistungserzeugungsteil 404, der durch einen ersten magnetostriktiven Stab 401, eine erste Spule 402 und einen ersten magnetischen Stab 403 gebildet wird, der erste magnetostriktive Stab 401 in der Breitenrichtung (laterale Richtung) zweigeteilt ist.
Ein derartiger Aufbau kann aufgrund eines einmaligen Effekts der vorliegenden Erfindung angewendet werden, der darin besteht, dass kein Magnet auf einer Seitenfläche des Rahmens 10 platziert werden muss, wobei, auch wenn einer der linken und rechten ersten magnetostriktiven Stäbe (wie beispielsweise der linke magnetostriktive Stab 401a) gebrochen, abgeschlagen oder auf andere Weise beschädigt wird, oder sich von der verbundenen Position trennt, oder auf andere Weise aufhört zu funktionieren, der andere erste magnetostriktive Stab (wie beispielsweise ein rechter magnetostriktiver Stab 401b) weiterhin funktioniert, wobei folglich verhindert werden kann, dass das Leistungserzeugungselement 400a nicht verwendbar wird, obwohl eine zugehörige Leistungsfähigkeit abfällt.
Ebenso kann die Zeitdauer, während der das Leistungserzeugungselement 400a deaktiviert ist, verkürzt werden, da alles, was erforderlich ist, ist, einen Ersatz für den beschädigten ersten magnetostriktiven Stab 401a vorzubereiten und diesen zu ersetzen, während der andere erste magnetostriktive Stab 401b alleine das Element betreibt.
Zusätzlich wird im Allgemeinen ein magnetostriktiver Stab hergestellt, indem ein streifenförmiges Blech aus einer runden Stange geschnitten wird, was für Herstellungsbegrenzungen bei der Breite des Stabes sorgt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann jedoch, wenn zwei magnetostriktive Stäbe in der Breitenrichtung kombiniert werden und als ein magnetostriktiver Stab verwendet werden, ein breites Leistungserzeugungselement erhalten werden.
[Elftes Ausführungsbeispiel]
Als Nächstes wird das elfte Ausführungsbeispiel des Leistungserzeugungselements, das durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagen wird, beschrieben; es ist anzumerken, dass solche Stellen, die strukturell identisch zu jedem der vorstehend genannten Ausführungsbeispiele sind, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden und nicht beschrieben werden.
Wie es in 18 gezeigt ist, ist ein Leistungserzeugungselement 400b in diesem Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet, dass erste Spulen 405a, 405b jeweils um die zwei magnetostriktiven Stäbe 401a, 401b links und rechts gewickelt werden, wie es in dem zehnten Ausführungsbeispiel gezeigt ist.
Auf diese Weise funktioniert, auch wenn eine der linken und rechten ersten Spulen (wie beispielswiese die linke erste Spule 405a) bricht, einen Kurzschluss erleidet oder auf andere Weise aufhört zu funktionieren, die andere erste Spule (wie beispielsweise die rechte erste Spule 405b) weiterhin, wobei folglich verhindert werden kann, dass das Leistungserzeugungselement 400b nicht verwendbar wird, obwohl eine zugehörige Leistungsfähigkeit abfällt.
Ebenso kann die Zeitdauer, während der das Leistungserzeugungselement 400b deaktiviert ist, verkürzt werden, da alles, was erforderlich ist, ist, einen Ersatz für die beschädigte erste Spule 405a vorzubereiten und diese zu ersetzen, während die andere erste Spule 405b alleine das Element betreibt.
Es ist anzumerken, dass der Zustand, in dem der erste magnetostriktive Stab 401 in der Breitenrichtung geteilt ist, wie es in dem zehnten Ausführungsbeispiel gezeigt ist, oder der Zustand, in dem die ersten Spulen 405a, 405b jeweils um die ersten magnetostriktiven Stäbe 401a, 401b gewickelt sind, wie es in dem elften Ausführungsbeispiel gezeigt ist, bei dem Leistungserzeugungselement angewendet werden kann, der ein zugehöriges erstes Leistungserzeugungselement bei der gebogenen Position aufweist, wie es in dem siebten oder achten Ausführungsbeispiel gezeigt ist.
[Zwölftes Ausführungsbeispiel]
Als Nächstes wird das zwölfte Ausführungsbeispiel des Leistungserzeugungselements, das durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagen wird, beschrieben; es ist anzumerken, dass solche Stellen, die strukturell identisch zu jedem der vorstehend genannten Ausführungsbeispiele sind, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden und nicht beschrieben werden.
Wie es in 19 gezeigt ist, ist ein Leistungserzeugungselement 500 in diesem Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet, dass zwei Leistungserzeugungselemente 500a, 500b parallel in der lateralen Richtung platziert sind, wobei zugehörige jeweilige freie Enden und fixierte Enden durch Plattenkörper 501a, 501b (Schwingungsplatten) verbunden sind.
Genauer gesagt werden die hinteren Enden der Rahmen auf den Freies-Ende-Seiten und den Fixiertes-Ende-Seiten der Leistungserzeugungselemente 500a, 500b verkürzt und mit den Schwingungsplatten 501a, 501b verbunden, die in einer derartigen Art und Weise ausgelegt sind, dass sie sich nach hinten von diesen hinteren Enden erstrecken.
Die Schwingungsplatten 501a, 501b werden aus Metall, Harz oder einem anderen Material, das eine Federeigenschaft aufweist, gebildet. Die Resonanzfrequenz kann justiert werden, indem die Federeigenschaften mit den Abmessungen (Länge und Dicke) der Schwingungsplatten 501a, 501b geändert werden, oder durch ein Anbringen eines Gewichts an die Schwingungsplatten.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist ein Teil des Rahmens gebogen, oder die Rahmen von zwei Leistungserzeugungselementen sind miteinander verbunden, oder eine Aufprallkraft, eine Wiederherstellungskraft, eine Trägheitskraft, eine magnetische Kraft, eine Fluidkraft usw. wird an den Rahmen angelegt; in diesem Ausführungsbeispiel werden jedoch die Funktionen des Rahmens, der auf diese Weise zu manipulieren ist, an die Schwingungsplatten verliehen.
Während zwei Leistungserzeugungselemente Seite an Seite in der lateralen Richtung in diesem Ausführungsbeispiel angeordnet sind, ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf begrenzt, wobei drei oder mehr Leistungserzeugungselemente Seite an Seite angeordnet werden können.
Als Nächstes wird ein Aktor bzw. eine Betätigungseinrichtung 120 beschrieben, der durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagen wird.
Wie es in 20 gezeigt ist, weist der Aktor 120, der durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagen wird, einen Aufbau auf, der identisch zu dem des Leistungserzeugungselements 1 ist, das in dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt ist. Es ist anzumerken, dass zur Vereinfachung der Beschreibung die Bezeichnungen der Elemente, die das Leistungserzeugungselement 1 bilden, direkt verwendet werden, um auf die Elemente Bezug zu nehmen, die den Aktor 120 bilden.
Anders ausgedrückt wird der Aktor 120 grob durch den ersten magnetostriktiven Stab 61, die erste Spule 62, den ersten magnetischen Stab 63, den Rahmen 10, und den Magneten 70 gebildet, wobei ein elektrischer Strom der ersten Spule 62 zugeführt wird, um den ersten magnetostriktiven Stab 61 auszudehnen/zusammenzuziehen, wobei hierdurch verursacht wird, dass die Freies-Ende-Seite 20 zuerst schwingt. Der Mechanismus ist derart, dass die Schwingung der Freies-Ende-Seite 20 daraufhin über die gebogene Position 40 zu der Fixiertes-Ende-Seite 30 übertragen wird, wobei mit Ablauf der Zeit die Freies-Ende-Seite 20 und die Fixiertes-Ende-Seite 30 schwingen, wobei die Schwingung aufrechterhalten wird.
Es ist anzumerken, dass der Aktor 120, der durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagen wird, nicht auf das Leistungserzeugungselement 1 begrenzt ist, das in dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt ist, wobei der zugehörige Aufbau der gleiche sein kann wie der des Leistungserzeugungselements, das in irgendeinem der vorstehend genannten Ausführungsbeispiele gezeigt ist.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann in industriellen Gebieten angewendet werden, da sie ein Leistungserzeugungselement, das einen Verlust von kinetischer Energie während einer Schwingung unterdrückt und hierdurch ermöglicht, dass die Schwingung lange andauert, sowie einen Aktor betrifft, der den Aufbau des Leistungserzeugungselements verwendet.
Bezugszeichenliste

B: Schwingungskörper
F: Aufprallkraft
L: Gerade Linie (Symmetrieachse)
1: Leistungserzeugungselement
2: Leistungserzeugungselement
3: Leistungserzeugungselement
4: Leistungserzeugungselement
5: Leistungserzeugungselement
6: Leistungserzeugungselement
7: Leistungserzeugungselement
8: Leistungserzeugungselement
9: Leistungserzeugungselement
10: Rahmen
10a: gebogene Position
11: Innenseitenfläche
12: Innenseitenfläche
13: Lücke
14: Öffnung
15: rückwertiges Joch
16: konkaver Teil
16a: Nut
17: Nut
18: Außenseitenfläche
19: Innenseitenfläche
20: Freies-Ende-Seite
21: Ende
22: Ende
22a: gebogene Position
30: Fixiertes-Ende-Seite
31: Ende
32: Ende
40: gebogene Position
50: starr gehaltene Position
60: erster Leistungserzeugungsteil
61: erster magnetostriktiver Stab
62: erste Spule
63: erster magnetischer Stab
70: Magnet
80: Vormagnetisierungsmagnetfluss
90: Lötmittel oder Hartlötung
91: Metallstab
100: zweiter Leistungserzeugungsteil
101: zweiter magnetostriktiver Stab
103: zweiter magnetischer Stab
110: Gewicht
120: Betätigungseinrichtung bzw. Aktor
130: Magnet
131: Schaltermechanismus
131a: stabartiges Element
200: erster Leistungserzeugungsteil
201: erster magnetostriktiver Stab
202: erster magnetischer Stab
203: erste Spule
204: zweiter Leistungserzeugungsteil
300a, 300b: Leistungserzeugungselement
301a, 301b: fixiertes Ende
302a, 302b: Gewicht
303a, 303b: Gewicht
304a, 304b: Magnet
305: Magnet
306: Schalterplatte
400a: Leistungserzeugungselement
400b: Leistungserzeugungselement
401: erster magnetostriktiver Stab
402: erste Spule
403: erster magnetischer Stab
404: erster Leistungserzeugungsteil
405a, 405b: erste Spule
500: Leistungserzeugungselement
500a, 500b: Leistungserzeugungselement
501a, 501b: Schwingungsplatte

Claims

Leistungserzeugungselement eines inversen magnetostriktiven Typs, gekennzeichnet durch: einen ersten Leistungserzeugungsteil, der einen ersten magnetostriktiven Stab, der aus einem magnetostriktiven Material hergestellt ist, eine erste Spule, die um den ersten magnetostriktiven Stab gewickelt ist, und einen ersten magnetischen Stab umfasst, der eine geeignete Steifigkeit und Form aufweist, um eine gleichförmige Druckkraft oder Zugkraft an den ersten magnetostriktiven Stab anzulegen, und parallel zu dem ersten magnetostriktiven Stab platziert ist; einen Rahmen, der aus einem magnetischen Material gebildet ist, das in einer im Wesentlichen U-Form gebogen ist, dessen eines Ende und anderes Ende über der gebogenen Position ein fixiertes Ende bzw. ein freies Ende bilden; und einen Magneten; wobei der erste Leistungserzeugungsteil auf der Freies-Ende-Seite und/oder der gebogenen Position des Rahmens installiert ist; der Magnet nur auf einer von zwei gegenüberliegenden Innenseitenflächen des Rahmens platziert ist, sodass ein Teil des Rahmens als ein rückwertiges Joch fungiert und eine Lücke ebenso zwischen dem Magneten und der Innenseitenfläche ausgebildet ist, auf der der Magnet nicht platziert ist; und der Rahmen auf der Freies-Ende-Seite und der Rahmen auf der Fixiertes-Ende-Seite zusammen schwingen, wenn eine externe Kraft angelegt wird.
Leistungserzeugungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der erste Leistungserzeugungsteil auf der Freies-Ende-Seite des Rahmens installiert ist, das Leistungserzeugungselement aufweist: einen zweiten Leistungserzeugungsteil, der einen zweiten magnetostriktiven Stab, der aus einem magnetostriktiven Material gebildet ist, eine zweite Spule, die um den zweiten magnetostriktiven Stab gewickelt ist, und einen zweiten magnetischen Stab umfasst, der eine geeignete Steifigkeit und Form aufweist, um eine gleichförmige Druckkraft oder Zugkraft an den zweiten magnetostriktiven Stab anzulegen, und parallel zu dem zweiten magnetostriktiven Stab platziert ist; der zweite Leistungserzeugungsteil auf der Fixiertes-Ende-Seite des Rahmens installiert ist; und der erste magnetostriktive Stab, der erste magnetische Stab, der zweite magnetostriktive Stab und der zweite magnetische Stab achsensymmetrisch platziert sind, wobei eine Symmetrieachse eine gerade Linie ist, die durch die gebogene Position läuft und den Rahmen gleichmäßig in die Freies-Ende-Seite und die Fixiertes-Ende-Seite teilt.
Leistungserzeugungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der erste Leistungserzeugungsteil auf der Freies-Ende-Seite des Rahmens installiert ist, der magnetostriktive Stab bei einer Position weiter weg als der magnetische Stab von der geraden Linie platziert ist, die durch die gebogene Position läuft und den Rahmen gleichmäßig in die Freies-Ende-Seite und die Fixiertes-Ende-Seite teilt.
Leistungserzeugungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der erste Leistungserzeugungsteil bei der gebogenen Position des Rahmens installiert ist, der magnetostriktive Stab auf einer Außenseitenfläche des Rahmens platziert ist, während der magnetische Stab auf einer Innenseitenfläche des Rahmens platziert ist.
Leistungserzeugungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetostriktive Stab mit dem Rahmen durch Löten, Hartlöten, Schweißen, Verbolzen oder eine Kombination irgendwelcher der vorstehend genannten verbunden ist.
Leistungserzeugungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn es so platziert ist, dass eine longitudinale Richtung des Rahmens grob horizontal liegt, ein Gewicht an ein Ende auf der Freies-Ende-Seite unmittelbar über dem fixierten Ende angebracht ist.
Leistungserzeugungselement, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei Leistungserzeugungselemente aufweist, die identisch zu dem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 sind, wobei Freies-Ende-Seiten und Fixiertes-Ende-Seiten von Rahmen der jeweiligen Leistungserzeugungselemente miteinander verbunden sind, sodass die zwei Leistungserzeugungselemente sich symmetrisch über verbundenen Positionen verformen.
Aktor, der einen Aufbau aufweist, der identisch zu dem eines Leistungserzeugungselements nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ist, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn ein elektrischer Strom der Spule zugeführt wird, der magnetostriktive Stab sich ausdehnt/zusammenzieht, um zu veranlassen, dass der Rahmen auf der Freies-Ende-Seite schwingt.