JP2015027214A - Vibration power generation device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vibration power generation device which is capable of generating relatively large power by vibration and has high resistance to breakdown and high reliability over a long period.SOLUTION: The vibration power generation device 10 includes: vibration curved sections 11a, 11b curved by vibration; a magnetic field application section 15 which applies a magnetic field to the vibration curved sections 11a, 11b; and coils 12a, 12b wound around peripheries of the vibration curved sections 11a, 11b. The vibration curved sections 11a, 11b are formed from vibration-damping alloy.

Description

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

近年、ZigBeeをはじめとする低消費電力短距離無線通信技術の開発が進み、そのような短距離無線通信技術を使用したワイヤレスセンサネットワークが構築されるようになった。しかし、ワイヤレスセンサネットワークの電源として電池を使用すると、電池の寿命や廃棄時の環境負荷などの問題が発生する。そのため、熱、振動、光又は電波などの身の回りに存在する様々なエネルギーを収穫して電力に変換するエネルギーハーベスティング技術が注目されている。   In recent years, development of low power consumption short-range wireless communication technology such as ZigBee has progressed, and a wireless sensor network using such short-range wireless communication technology has been constructed. However, when a battery is used as the power source of the wireless sensor network, problems such as battery life and environmental load at the time of disposal occur. Therefore, an energy harvesting technique that harvests various energy existing around us, such as heat, vibration, light, or radio waves, and converts it into electric power has attracted attention.

エネルギーハーベスティング技術の一つとして、磁歪材料により形成された一対の梁と、梁の周囲に巻回されたコイルと、磁束を発生する磁石とを有する発電デバイスが提案されている。この種の発電デバイスでは、振動により梁が撓み、梁を通る磁束の密度が変化してコイルに電流が流れる。この電流をコイルから取り出して、電子機器を駆動するための電力とすることができる。   As one of energy harvesting techniques, a power generation device having a pair of beams formed of a magnetostrictive material, a coil wound around the beam, and a magnet that generates magnetic flux has been proposed. In this type of power generation device, the beam bends due to vibration, the density of magnetic flux passing through the beam changes, and a current flows through the coil. This current can be extracted from the coil and used as electric power for driving the electronic device.

本願では、この種の振動により発電する発電デバイスを、振動発電デバイスと呼んでいる。従来、振動発電デバイスの発電能力を向上させるためには、梁を磁歪量が大きな材料により形成することが好ましいとされていた。そして、振動発電デバイスに好適な磁歪材料として、Galfenolと呼ばれるFe(鉄)−Ga(ガリウム)合金が開発されている。Galfenolの磁歪量は、300ppm程度である。   In the present application, a power generation device that generates power by this type of vibration is called a vibration power generation device. Conventionally, in order to improve the power generation capability of the vibration power generation device, it has been preferable to form the beam with a material having a large magnetostriction amount. An Fe (iron) -Ga (gallium) alloy called Galfenol has been developed as a magnetostrictive material suitable for a vibration power generation device. The magnetostriction amount of Galfenol is about 300 ppm.

WO2011/158473WO2011 / 158473 特表2012−514710号公報Special table 2012-514710 gazette 特開2001−59139号公報JP 2001-59139 A

振動により比較的大きな電力を発生でき、破損しにくく、長期間にわたる信頼性が高い振動発電デバイスを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a vibration power generation device that can generate relatively large electric power by vibration, is not easily damaged, and has high reliability over a long period of time.

開示の技術の一観点によれば、制振合金により形成され、振動により湾曲する振動湾曲部と、前記振動湾曲部に磁場を印加する磁場印加部と、前記振動湾曲部の周囲に巻回されたコイルとを有する振動発電デバイスが提供される。   According to one aspect of the disclosed technology, a vibration bending portion that is formed of a damping alloy and is bent by vibration, a magnetic field application portion that applies a magnetic field to the vibration bending portion, and a winding around the vibration bending portion. A vibration power generation device having a coil is provided.

上記一観点に係る振動発電デバイスによれば、振動湾曲部が制振合金により形成されているので、破損しにくく、長期間にわたり高い信頼性を維持できる。   According to the vibration power generation device according to the above aspect, since the vibration bending portion is formed of the vibration damping alloy, it is difficult to break and can maintain high reliability over a long period of time.

図1(a)は実施形態に係る振動発電デバイスの一例を示す正面図、図1(b)は同じくその側面図、図1(c)は図1(b)中にI−I線で示す位置における断面図である。FIG. 1A is a front view showing an example of the vibration power generation device according to the embodiment, FIG. 1B is a side view thereof, and FIG. 1C is shown by a line I-I in FIG. It is sectional drawing in a position. 図2は、支持体に取り付けられた発電デバイスを示す模式図である。FIG. 2 is a schematic view showing a power generation device attached to a support. 図3は、2つの振動発電デバイスの発電能力を調べた結果を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the results of examining the power generation capabilities of two vibration power generation devices. 図4(a)は、磁歪量が60ppmのFe−Al合金の表面の顕微鏡写真であり、図4(b)は磁歪量が80ppmのFe−Al合金の表面の顕微鏡写真である。4A is a micrograph of the surface of the Fe—Al alloy having a magnetostriction amount of 60 ppm, and FIG. 4B is a micrograph of the surface of the Fe—Al alloy having a magnetostriction amount of 80 ppm. 図5(a)〜(c)は、Galfenolのような単結晶の磁性材料からなる部材中の磁束密度の変化を示す模式図である。FIGS. 5A to 5C are schematic views showing changes in magnetic flux density in a member made of a single crystal magnetic material such as Galfenol. 図6(a)〜(c)は、磁壁の移動により内部磁束密度が大きく変化する磁性材料からなる部材中の磁束密度の変化を示す模式図である。FIGS. 6A to 6C are schematic diagrams showing changes in magnetic flux density in a member made of a magnetic material in which the internal magnetic flux density changes greatly due to the movement of the domain wall. 図7は、Galfenol、Fe−Al合金、SUS430、又はFe−Cr−Al合金により梁を形成した振動発電デバイスの起電力を調べた結果を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the results of examining the electromotive force of a vibration power generation device in which a beam is formed of Galfenol, Fe—Al alloy, SUS430, or Fe—Cr—Al alloy.

以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。   Hereinafter, before describing the embodiment, a preliminary matter for facilitating understanding of the embodiment will be described.

前述したように、梁の材料としてGalfenolを使用することで、発電能力が大きい振動発電デバイスを作製できる。しかし、Galfenolは単結晶であり、切削加工は可能であるものの、延性や展性に乏しい。そのため、梁に加工する際に微細なひびや欠けが発生しやすく、振動を繰り返し受けることによりひびや欠けが拡大して最終的に梁が破損してしまうおそれがある。このため、梁の材料としてGalfenolを使用した振動発電デバイスでは、長期間にわたる信頼性が十分ではない。   As described above, by using Galfenol as a beam material, a vibration power generation device having a large power generation capability can be manufactured. However, although Galfenol is a single crystal and can be machined, it has poor ductility and malleability. Therefore, when processing into a beam, a fine crack and a chip | tip are easy to generate | occur | produce, and there exists a possibility that a crack and a chip | tip may be expanded by repeatedly receiving a vibration and a beam may be damaged finally. For this reason, the vibration power generation device using Galfenol as the material of the beam is not sufficiently reliable over a long period of time.

以下の実施形態では、振動により比較的大きな電力を発生でき、破損しにくく、長期間にわたる信頼性が高い振動発電デバイスについて説明する。   In the following embodiments, a vibration power generation device that can generate relatively large electric power by vibration, is not easily damaged, and has high reliability over a long period of time will be described.

(実施形態)
図1(a)は実施形態に係る振動発電デバイスの一例を示す正面図、図1(b)は同じくその側面図、図1(c)は図1(b)中にI−I線で示す位置における断面図である。
(Embodiment)
FIG. 1A is a front view showing an example of the vibration power generation device according to the embodiment, FIG. 1B is a side view thereof, and FIG. 1C is shown by a line I-I in FIG. It is sectional drawing in a position.

図1(a)〜(c)に示すように、本実施形態に係る振動発電デバイス10は、梁11a,11bと、コイル12a,12bと、連結ヨーク13a,13bと、永久磁石14a,14bと、バックヨーク15とを有する。   As shown in FIGS. 1A to 1C, the vibration power generation device 10 according to this embodiment includes beams 11a and 11b, coils 12a and 12b, connecting yokes 13a and 13b, and permanent magnets 14a and 14b. And a back yoke 15.

梁11a,11bは、振動湾曲部の一例である。また、永久磁石14a,14bは、梁に磁場を印加する磁場印加部の一例である。   The beams 11a and 11b are examples of vibration bending portions. The permanent magnets 14a and 14b are an example of a magnetic field application unit that applies a magnetic field to the beam.

梁11a,11bはいずれも、応力が加えられると磁壁が移動する磁性材料により細長い薄板状に形成されている。本実施形態では、梁11a,11bが、Fe(鉄)−Al(アルミニウム)合金により形成されている。梁11a,11bの大きさは、例えば8.2mm(長さ)×1mm(幅)×0.2mm(厚さ)である。   Each of the beams 11a and 11b is formed in a thin and thin plate shape by a magnetic material whose domain wall moves when stress is applied. In this embodiment, the beams 11a and 11b are formed of an Fe (iron) -Al (aluminum) alloy. The size of the beams 11a and 11b is, for example, 8.2 mm (length) × 1 mm (width) × 0.2 mm (thickness).

梁11a,11bは、SUS430及びSUS405等のフェライト系ステンレス鋼、又はFe−Cr−Al合金等により形成してもよい。   The beams 11a and 11b may be formed of ferritic stainless steel such as SUS430 and SUS405, or an Fe—Cr—Al alloy.

梁11a,11bは相互に対向して配置されており、梁11a,11bの周囲にはそれぞれコイル12a,12bが巻回されている。また、梁11a,11bの上部は連結ヨーク13aにより連結され、梁11a,11bの下部は連結ヨーク13bにより連結されている。   The beams 11a and 11b are arranged to face each other, and coils 12a and 12b are wound around the beams 11a and 11b, respectively. The upper portions of the beams 11a and 11b are connected by a connecting yoke 13a, and the lower portions of the beams 11a and 11b are connected by a connecting yoke 13b.

梁11a,11bの連結ヨーク13a側の端部には磁石14aのN極が接続され、連結ヨーク13b側の端部には磁石14bのS極が接続されている。バックヨーク15は鉄を主成分とする磁性材料により形成されており、磁石14aのS極と磁石14bのN極との間を磁気的に接続している。これにより、磁石14a、梁11a,11b、磁石14b、バックヨーク15を順に通る磁路が形成されている。   The N pole of the magnet 14a is connected to the ends of the beams 11a and 11b on the connecting yoke 13a side, and the S pole of the magnet 14b is connected to the end of the connecting yoke 13b side. The back yoke 15 is made of a magnetic material containing iron as a main component, and magnetically connects the south pole of the magnet 14a and the north pole of the magnet 14b. Thereby, the magnetic path which passes the magnet 14a, the beams 11a and 11b, the magnet 14b, and the back yoke 15 in order is formed.

振動発電デバイス10の連結ヨーク13a,13bのいずれか一方が支持体に固定される。ここでは、図2に示すように、連結ヨーク13aが支持体19に固定され、連結ヨーク13b側がフリーであるとする。一般的に、支持体に固定される側を固定端、その反対側を可動端と呼んでいる。   One of the connecting yokes 13a and 13b of the vibration power generation device 10 is fixed to the support. Here, as shown in FIG. 2, it is assumed that the connecting yoke 13a is fixed to the support 19, and the connecting yoke 13b side is free. In general, the side fixed to the support is called a fixed end, and the opposite side is called a movable end.

振動発電デバイス10に振動が加えられると、梁11a,11bが振動に応じて湾曲し、梁11a,11bを通る磁束の密度が変化する。これにより、コイル12a,12bには磁束密度の変化に応じた電流が流れる。この電流をコイル12a,12bから取り出して、電子機器を駆動するための電力とすることができる。   When vibration is applied to the vibration power generation device 10, the beams 11a and 11b are curved according to the vibration, and the density of magnetic flux passing through the beams 11a and 11b changes. Thereby, the current according to the change of the magnetic flux density flows through the coils 12a and 12b. This current can be extracted from the coils 12a and 12b and used as electric power for driving the electronic device.

ところで、従来は、梁の磁歪量が大きいほど、振動発電デバイスの発電能力が大きくなると考えられていた。しかし、本願発明者らの実験・研究から、磁歪量が大きな梁よりも磁歪量が小さい梁のほうが発電能力が大きい場合があることが判明した。   Conventionally, it has been considered that the power generation capability of the vibration power generation device increases as the amount of magnetostriction of the beam increases. However, it has been found from experiments and research conducted by the inventors of the present application that a beam having a small magnetostriction amount may have a larger power generation capacity than a beam having a large magnetostriction amount.

図3は、横軸に時間をとり、縦軸に起電力をとって、加速度が1G、振動周波数が150Hzの条件で2つの振動発電デバイスの発電能力を調べた結果を示す図である。   FIG. 3 is a diagram showing the results of examining the power generation capabilities of two vibration power generation devices under conditions where time is taken on the horizontal axis, and electromotive force is taken on the vertical axis, with an acceleration of 1 G and a vibration frequency of 150 Hz.

図3からわかるように、磁歪量が80ppmのFe−Al合金からなる梁を用いた振動発電デバイスよりも、磁歪量が60ppmのFe−Al合金からなる梁を用いた振動発電デバイスのほうが、発電能力が大きい。   As can be seen from FIG. 3, a vibration power generation device using a beam made of a Fe—Al alloy having a magnetostriction amount of 60 ppm is more powerful than a vibration power generation device using a beam made of a Fe—Al alloy having a magnetostriction amount of 80 ppm. Great ability.

図4(a)は、磁歪量が60ppmのFe−Al合金の表面の顕微鏡写真であり、図4(b)は磁歪量が80ppmのFe−Al合金の表面の顕微鏡写真である。この図4(a),(b)から、磁歪量が60ppmのFe−Al合金の結晶の平均粒径は100μm程度であり、磁歪量が80ppmのFe−Al合金の結晶の平均粒径は200μm程度であることがわかる。   4A is a micrograph of the surface of the Fe—Al alloy having a magnetostriction amount of 60 ppm, and FIG. 4B is a micrograph of the surface of the Fe—Al alloy having a magnetostriction amount of 80 ppm. 4A and 4B, the average grain size of the Fe—Al alloy crystal having a magnetostriction amount of 60 ppm is about 100 μm, and the average grain size of the Fe—Al alloy crystal having a magnetostriction amount of 80 ppm is 200 μm. It turns out that it is a grade.

一般的に、多結晶金属中の結晶粒界は磁壁が移動する際の妨げになると考えられることから、結晶粒径が大きくなるほど磁歪量が大きくなり、内部摩擦が増大するものと考えられている。そのため、従来は、振動発電デバイスの発電能力を向上させるために、結晶粒径が大きい磁性金属で梁を形成している。   In general, it is considered that the grain boundary in the polycrystalline metal is a hindrance when the domain wall moves, so it is considered that the larger the crystal grain size, the larger the magnetostriction amount and the higher the internal friction. . Therefore, conventionally, in order to improve the power generation capability of the vibration power generation device, the beam is formed of a magnetic metal having a large crystal grain size.

図3に示すように梁の磁歪量が大きい振動発電デバイスよりも梁の磁歪量が小さい振動発電デバイスのほうが発電能力が大きくなる原因は明らかではない。しかし、Fe−Al合金の場合、磁歪量よりも磁壁の移動による磁束の変化のほうが、発電能力に与える影響が大きいと考えられる。   As shown in FIG. 3, it is not clear why a vibration power generation device with a small amount of magnetostriction of a beam has a larger power generation capacity than a vibration power generation device with a large amount of magnetostriction of a beam. However, in the case of the Fe—Al alloy, it is considered that the change in the magnetic flux due to the movement of the domain wall has a greater influence on the power generation capacity than the amount of magnetostriction.

図5(a)〜(c)は、Galfenolのような単結晶の磁性材料からなる部材中の磁束密度の変化を示す模式図である。図5(a)は外部磁場がないときの状態を示し、図5(b)は外部磁場が印加された状態を示し、図5(c)は外部磁場が印加された状態で外力が加えられた状態を示している。   FIGS. 5A to 5C are schematic views showing changes in magnetic flux density in a member made of a single crystal magnetic material such as Galfenol. 5A shows a state when there is no external magnetic field, FIG. 5B shows a state where an external magnetic field is applied, and FIG. 5C shows an external force applied with the external magnetic field applied. Shows the state.

図5(a)に示すように外部磁場がない状態では、部材21中の磁気モーメントはランダムな方向を向いており、内部磁束密度Bは0である。   As shown in FIG. 5A, in the absence of an external magnetic field, the magnetic moment in the member 21 is in a random direction, and the internal magnetic flux density B is zero.

図5(b)に示すように部材21に外部磁場Hを印加すると、部材21中の磁気モーメントは外部磁場の影響を受けて一定の方向に揃い、内部磁束密度Bは大きくなる。   When an external magnetic field H is applied to the member 21 as shown in FIG. 5B, the magnetic moment in the member 21 is affected by the external magnetic field and aligned in a certain direction, and the internal magnetic flux density B increases.

そして、この状態で外力を加えると、図5(c)に示すように部材21中の磁気モーメントは方向を変えて安定し、内部磁束密度Bが変化する。   When an external force is applied in this state, as shown in FIG. 5C, the magnetic moment in the member 21 changes its direction and becomes stable, and the internal magnetic flux density B changes.

一方、図6(a)〜(c)は、磁壁の移動により内部磁束密度が大きく変化する磁性材料からなる部材中の磁束密度の変化を示す模式図である。図6(a)は外部磁場がないときの状態を示し、図6(b)は外部磁場が印加された状態を示し、図6(c)は外部磁場が印加された状態で外力が加えられた状態を示している。   On the other hand, FIGS. 6A to 6C are schematic diagrams showing changes in magnetic flux density in a member made of a magnetic material in which the internal magnetic flux density greatly changes due to movement of the domain wall. 6A shows a state when there is no external magnetic field, FIG. 6B shows a state where an external magnetic field is applied, and FIG. 6C shows an external force applied while the external magnetic field is applied. Shows the state.

図6(a)のように、外部磁場がない状態では、部材22中の磁区がバランスした状態を保ち、内部磁束密度は0である。   As shown in FIG. 6A, in the state where there is no external magnetic field, the magnetic domains in the member 22 are kept in a balanced state, and the internal magnetic flux density is zero.

図6(b)のように部材22に外部磁場Hを印加すると、外部磁場Hの影響により部材22中で磁壁が移動し、内部磁束密度Bが大きくなる。   When an external magnetic field H is applied to the member 22 as shown in FIG. 6B, the domain wall moves in the member 22 due to the influence of the external magnetic field H, and the internal magnetic flux density B increases.

この状態で外力を加えると、図6(c)に示すように部材22中の磁壁が応力に応じて移動し、内部磁束密度Bが変化する。   When an external force is applied in this state, the domain wall in the member 22 moves according to the stress as shown in FIG. 6C, and the internal magnetic flux density B changes.

磁壁の移動により内部磁束密度が大きく変化する磁性金属として、振動エネルギーを熱エネルギーに変換する制振合金がある。また、この種の制振合金として、Fe−Al合金、SUS430やSUS405等のフェライト系ステンレス鋼、及びFeーCr−Al合金(サイレンタロイ:東芝製)が知られている。これらの制振合金は多結晶であり、加工性が比較的良好であって、加工時にひびや欠け等の欠損が発生しにくい。   As a magnetic metal whose internal magnetic flux density greatly changes due to the movement of the domain wall, there is a damping alloy that converts vibration energy into heat energy. As this type of damping alloy, there are known Fe-Al alloys, ferritic stainless steels such as SUS430 and SUS405, and Fe-Cr-Al alloys (Silentaroy: manufactured by Toshiba). These vibration-damping alloys are polycrystalline, have relatively good workability, and are less likely to have defects such as cracks and chips during processing.

本願発明者らは、梁材料としてこれらの制振合金を使用したところ、比較的大きな発電能力を備え、長期間にわたり高い信頼性を維持できる振動発電デバイスが得れることが判明した。   The inventors of the present application have found that when these damping alloys are used as the beam material, a vibration power generation device having a relatively large power generation capability and capable of maintaining high reliability over a long period of time can be obtained.

以下、振動発電デバイスの梁材料として好適な制振合金ついて説明する。   Hereinafter, a damping alloy suitable as a beam material for a vibration power generation device will be described.

(Fe−Al合金)
制振合金として使用されるFe−Al合金は、Al含有量が6wt%〜10wt%であり、残部がFe及び不可避的不純物からなる。Al含有量が6wt%未満の場合、及びAl含有量が10wt%を超える場合は、いずれも内部摩擦が小さくなり制振性が低下する。その結果、十分な発電能力を得ることができない。
(Fe-Al alloy)
The Fe—Al alloy used as the damping alloy has an Al content of 6 wt% to 10 wt%, and the balance is made of Fe and inevitable impurities. When the Al content is less than 6 wt% and when the Al content exceeds 10 wt%, the internal friction is reduced and the vibration damping properties are reduced. As a result, sufficient power generation capacity cannot be obtained.

また、Al含有量が6wt%未満の場合は十分な強度を得ることが困難になり、Al含有量が10wt%を超えると延性及び展性が低下する。   Moreover, when Al content is less than 6 wt%, it becomes difficult to obtain sufficient strength, and when the Al content exceeds 10 wt%, ductility and malleability are lowered.

これらのことから、梁を形成するFe−Al合金中のAl含有量は、6wt%〜10wt%とすることが好ましい。   From these facts, the Al content in the Fe—Al alloy forming the beam is preferably 6 wt% to 10 wt%.

また、Fe−Al合金の平均結晶粒径が100μm未満の場合は、磁区が小さくなりすぎて平均磁場がキャンセルされやすい。一方、Fe−Al合金の平均結晶粒径が250μmを超えると、磁壁の移動が起こりにくくなり、制振性が低下する。このため、Fe−Al合金の平均結晶粒径は、100μm以上、且つ250μm以下であることが好ましい。   When the average crystal grain size of the Fe—Al alloy is less than 100 μm, the magnetic domain becomes too small and the average magnetic field is easily canceled. On the other hand, if the average crystal grain size of the Fe—Al alloy exceeds 250 μm, the domain wall becomes difficult to move, and the vibration damping property is lowered. For this reason, the average crystal grain size of the Fe—Al alloy is preferably 100 μm or more and 250 μm or less.

(ステンレス鋼)
制振合金として使用されるSUS430の組成は、Cr含有量が16wt%〜18wt%、残部がFe及び不可避的不純物である。Cr含有量が上記の範囲から外れる場合は、十分な制振性を得ることができない。
(Stainless steel)
The composition of SUS430 used as a vibration damping alloy has a Cr content of 16 wt% to 18 wt%, the balance being Fe and inevitable impurities. When the Cr content is out of the above range, sufficient vibration damping cannot be obtained.

また、制振合金として使用されるSUS405の組成は、Cr含有量が11.5wt%〜14.5wt%、Al含有量が0.1wt%〜0.3wt%、残部がFe及び不可避的不純物である。Cr含有量及びAl含有量が上記の範囲から外れる場合は、十分な制振性を得ることができない。   The composition of SUS405 used as a damping alloy is that the Cr content is 11.5 wt% to 14.5 wt%, the Al content is 0.1 wt% to 0.3 wt%, the balance is Fe and inevitable impurities. is there. When the Cr content and the Al content are out of the above ranges, sufficient vibration damping cannot be obtained.

(Fe−Cr−Al合金)
制振合金として使用されるFe−Cr−Al合金(サイレンタロイ)の組成は、Fe含有量が12wt%、Cr含有量が1.36wt%、残部がAl及び不可避的不純物である。
(Fe-Cr-Al alloy)
The composition of the Fe—Cr—Al alloy (Silentalo) used as the damping alloy is 12 wt% Fe content, 1.36 wt% Cr content, the balance being Al and inevitable impurities.

図7は、横軸に時間をとり、縦軸に起電力をとって、Galfenol、Fe−Al合金、SUS430、又はFe−Cr−Al合金により梁を形成した振動発電デバイスの起電力を調べた結果を示す図である。但し、加速度は1G、振動周波数は140Hz〜157Hzである。   FIG. 7 shows the electromotive force of a vibration power generation device in which a beam is formed of Galfenol, Fe—Al alloy, SUS430, or Fe—Cr—Al alloy with time on the horizontal axis and electromotive force on the vertical axis. It is a figure which shows a result. However, the acceleration is 1 G, and the vibration frequency is 140 Hz to 157 Hz.

この図7に示すように、Fe−Al合金、SUS430、又はFe−Cr−Al合金により梁を形成した振動発電デバイスはいずれも、Galfenolにより梁を形成した振動発電デバイスほどではないものの、比較的大きな起電力が得られた。   As shown in FIG. 7, the vibration power generation device in which the beam is formed of Fe—Al alloy, SUS430, or Fe—Cr—Al alloy is not as much as the vibration power generation device in which the beam is formed of Galfenol. A large electromotive force was obtained.

以上説明したように、本実施形態に係る振動発電デバイスは、振動により磁壁が大きく移動する制振合金を梁11a,11bの材料としている。そのため、加工性が良好であり、長期間にわたって良好な信頼性を確保でき、発電能力も比較的高い。   As described above, the vibration power generation device according to the present embodiment uses the vibration-damping alloy whose domain wall greatly moves by vibration as the material of the beams 11a and 11b. Therefore, the processability is good, good reliability can be secured over a long period of time, and the power generation capacity is relatively high.

以上の諸実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。   The following additional notes are disclosed with respect to the above embodiments.

(付記1)制振合金により形成され、振動により湾曲する振動湾曲部と、
前記振動湾曲部に磁場を印加する磁場印加部と、
前記振動湾曲部の周囲に巻回されたコイルと
を有することを特徴とする振動発電デバイス。
(Supplementary Note 1) A vibration bending portion formed of a damping alloy and curved by vibration;
A magnetic field application unit for applying a magnetic field to the vibration bending unit;
A vibration power generation device comprising a coil wound around the vibration bending portion.

(付記2)前記振動湾曲部が、相互に対向して配置された板状の第1の梁と第2の梁とを有することを特徴とする付記1に記載の振動発電デバイス。   (Additional remark 2) The said vibration bending part has the plate-shaped 1st beam and 2nd beam arrange | positioned facing each other, The vibration power generation device of Additional remark 1 characterized by the above-mentioned.

(付記3)前記制振合金が、応力が加えられると磁壁が移動して内部磁束密度が変化する性質を有することを特徴とする付記1又は2に記載の振動発電デバイス。   (Supplementary note 3) The vibration power generation device according to supplementary note 1 or 2, wherein the damping alloy has a property that when a stress is applied, a domain wall moves to change an internal magnetic flux density.

(付記4)前記制振合金が、Fe−Al合金、フェライト系ステンレス鋼、及びFe−Cr−Al合金のいずれかであることを特徴とする付記1乃至3のいずれか1項に記載の振動発電デバイス。   (Supplementary note 4) The vibration according to any one of Supplementary notes 1 to 3, wherein the damping alloy is any one of an Fe-Al alloy, a ferritic stainless steel, and an Fe-Cr-Al alloy. Power generation device.

(付記5)前記制振合金が、Al含有量が6wt%〜10wt%であり、残部がFe及び不可避的不純物からなることを特徴とする付記1乃至3のいずれか1項に記載の振動発電デバイス。   (Supplementary note 5) The vibration power generation according to any one of supplementary notes 1 to 3, wherein the vibration damping alloy has an Al content of 6 wt% to 10 wt%, and the balance is Fe and inevitable impurities. device.

(付記6)前記制振合金の平均結晶粒径が、100μm以上、且つ250μm以下であることを特徴とする付記1乃至3のいずれか1項に記載の振動発電デバイス。   (Supplementary note 6) The vibration power generation device according to any one of supplementary notes 1 to 3, wherein an average crystal grain size of the damping alloy is 100 μm or more and 250 μm or less.

(付記7)前記制振合金が、Cr含有量が16wt%〜18wt%、残部がFe及び不可避的不純物からなるステンレス鋼であることを特徴とする付記1乃至3のいずれか1項に記載の振動発電デバイス。   (Additional remark 7) Said damping alloy is stainless steel which Cr content is 16 wt%-18 wt%, and remainder consists of Fe and an unavoidable impurity, The any one of additional remark 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned. Vibration power generation device.

(付記8)前記制振合金が、Cr含有量が11.5wt%〜14.5wt%、Al含有量が0.1wt%〜0.3wt%、残部がFe及び不可避的不純物からなるステンレス鋼であることを特徴とする付記1乃至3のいずれか1項に記載の振動発電デバイス。   (Supplementary note 8) The damping alloy is a stainless steel having a Cr content of 11.5 wt% to 14.5 wt%, an Al content of 0.1 wt% to 0.3 wt%, and the balance being Fe and inevitable impurities. The vibration power generation device according to any one of appendices 1 to 3, wherein the vibration power generation device is provided.

(付記9)前記制振合金が、Fe含有量が12wt%、Cr含有量が1.36wt%、残部がAl及び不可避的不純物からなることを特徴とする付記1乃至3のいずれか1項に記載の振動発電デバイス。   (Supplementary note 9) In any one of supplementary notes 1 to 3, wherein the vibration damping alloy has an Fe content of 12 wt%, a Cr content of 1.36 wt%, and the balance consisting of Al and inevitable impurities. The vibration power generation device described.

10…振動発電デバイス、11a,11b…梁、12a,12b…コイル、13a,13b…連結ヨーク、14a,14b…永久磁石、15…バックヨーク、19…支持体。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Vibration power generation device, 11a, 11b ... Beam, 12a, 12b ... Coil, 13a, 13b ... Connection yoke, 14a, 14b ... Permanent magnet, 15 ... Back yoke, 19 ... Support body.

Claims (5)

制振合金により形成され、振動により湾曲する振動湾曲部と、
前記振動湾曲部に磁場を印加する磁場印加部と、
前記振動湾曲部の周囲に巻回されたコイルと
を有することを特徴とする振動発電デバイス。
A vibration bending portion that is formed of a damping alloy and is bent by vibration;
A magnetic field application unit for applying a magnetic field to the vibration bending unit;
A vibration power generation device comprising: a coil wound around the vibration bending portion.
前記振動湾曲部が、相互に対向して配置された板状の第1の梁と第2の梁とを有することを特徴とする請求項1に記載の振動発電デバイス。   2. The vibration power generation device according to claim 1, wherein the vibration bending portion includes a plate-like first beam and a second beam arranged to face each other. 前記制振合金が、応力が加えられると磁壁が移動して内部磁束密度が変化する性質を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の振動発電デバイス。   3. The vibration power generation device according to claim 1, wherein the damping alloy has a property that when a stress is applied, a domain wall moves to change an internal magnetic flux density. 4. 前記制振合金が、Fe−Al合金、フェライト系ステンレス鋼、及びFe−Cr−Al合金のいずれかであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の振動発電デバイス。   The vibration power generation device according to any one of claims 1 to 3, wherein the damping alloy is any one of an Fe-Al alloy, a ferritic stainless steel, and an Fe-Cr-Al alloy. 前記制振合金の平均結晶粒径が、100μm以上、且つ250μm以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の振動発電デバイス。   4. The vibration power generation device according to claim 1, wherein an average crystal grain size of the vibration damping alloy is 100 μm or more and 250 μm or less. 5.
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