JP2020065417A - 発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電効率の向上を実現する発電装置を提供すること。【解決手段】発電装置１００は、振動体の振動が伝達される第１ヨーク１１と、一端が第１ヨーク１１の自由端１３４に固定される第１保持部材１３と、一端が第１保持部材１３の他端に固定される磁歪素子１６１と、一端が磁歪素子１６１の他端に固定される第２保持部材１４と、磁歪素子１６１の外側に設けられたコイル１６２と、磁歪素子１６１の一端側において第１保持部材１３の他端に固定された第１磁石７１と、磁歪素子１６１の他端側において第２保持部材１４の一端に固定された第２磁石７２と、振動体の振動方向６に対して垂直または略垂直に配置され、一端が第２保持部材１４の他端に固定される第２ヨーク１２と、第２ヨーク１２の他端に固定される錘１４０と、を有する。【選択図】図１

Description

本開示は、振動を利用する発電において、逆磁歪素子に印加された機械エネルギーを電気エネルギーに変換する逆磁歪効果を使用する発電装置に関する。

近年、モノのインターネット（Internet of Things：以下、ＩｏＴという）は、産業分野、防犯・防災分野、社会インフラ分野、医療・福祉分野などの多くの分野での利用が想定されている。

ＩｏＴでは、機械（モノ）間において、例えば、検知された温度、湿度、加速度、画像などの情報の送受信が、無線通信網（例えば、インターネット回線等）を介して行われる。その際に重要となるコンポーネントは、センサー、電源、無線通信が一体となった無線センサーモジュールである。

現在、無線センサーモジュールの電源には、使い切りの１次電池や、充電が可能な２次電池（例えば、ボタン電池等）が使用されている。１次電池では、電池の交換が必須となる。また、２次電池では、充電のための配線や作業が必要となる。

このように電源として電池を使用する場合では、人手による定期的な交換作業または充電作業が必要となる。しかし、無線センサーモジュールが例えば壁の中へ埋め込まれている場合や狭い隙間に設置されている場合、上述した作業を行うことができない。

このような事情から、無線センサーモジュールの設置場所またはその近傍で発生するエネルギーを利用して電力を発生させ、その電力を電源に用いることが考えられる。上記エネルギーは、例えば、モーター、エンジン、または橋梁などで発生する振動エネルギー、プラントの排熱エネルギー、人体の体温の熱エネルギー、太陽・照明の環境光などである。

このようにエネルギーから発生した電力を使用すれば、エネルギー的に自立した無線センサーモジュールが実現され、長期間または半永久的にメンテナンスフリーとなる。また、この無線センサーモジュールは配線を必要としないので、すでに設置済みの機械や、鉄道や橋梁などのインフラに対しても、後付けで容易に設置できる。

上記エネルギーを利用した発電方式としては、例えば、振動発電、熱発電、光発電などが挙げられる。それらの中でも、振動発電は、振動、衝撃、または動きから電気エネルギーを取り出すことができる、極めて汎用性の高い発電方式である。

振動発電には、圧電方式、静電誘導方式、電磁誘導方式、磁歪方式などがある。圧電素子（ピエゾ素子）を使用した圧電方式では、圧電素子の脆弱性により機械的な耐久性が低いという課題がある。電磁誘導方式では、可動部があるため、小型化が難しいという課題がある。鉄系の磁歪材料を使用した磁歪方式では、磁歪素子が延性材料であるため、機械的特性や加工性に優れ、また、電気的にもインピーダンスが低いため、無線センサーモジュールへの適用に有用である。

磁歪式振動発電は、磁歪素子に応力を加えることで、逆磁歪効果により発生する磁力線を変化させ、電磁誘導の法則により、磁歪素子の周囲に巻かれたコイルに起電力を発生させることにより、機械エネルギーを電気エネルギーに変化する発電方式である。

例えば特許文献１には、振動中の運動エネルギーの損失を抑えて振動を長時間継続させることができる発電素子と、その発電素子の構造を利用するアクチュエータとが開示されている。

ここで、図１０を用いて、特許文献１の発電装置について説明する。図１０は、特許文献１に開示された磁歪方式を適用した発電装置の概略構成図を示す図である。

図１０に示すように、発電装置１は、主な構成要素として、発電部１６０、フレーム１１０、磁石１７０、および錘１４０を備える。

発電部１６０は、フレーム１１０の自由端１２０が上下に振動することにより逆磁歪効果による発電を行うために設けられている。発電部１６０は、磁歪素子１６１、コイル１６２、磁性板１６３を備える。

磁歪素子１６１は、磁性材料で構成される板状の部材である。磁石１７０からの磁力線は、フレーム１１０、磁歪素子１６１を通過する。これにより、磁気回路が形成される。

自由端１２０は、固定端１３０側のフレーム１１０に近づいたり、固定端１３０側のフレーム１１０から遠ざかったりするように、変形可能である。固定端１３０には、図示しない振動体が固定されている。振動体の振動は、フレーム１１０および錘１４０に伝達される。

自由端１２０には、錘１４０が取り付けられている。これにより、一旦振動を開始した錘１４０は、慣性力により長時間振動し続ける。その結果、フレーム１１０全体の振動を長時間持続させることができる。

また、固定端１３０には、鉛直方向の大きな衝撃力が付加される。これにより、錘１４０に大きな慣性力を作用させてフレーム１１０を振動させる。

これらの動作により、磁歪素子１６１に引張力または圧縮力（図中の矢印参照）が加わり、逆磁歪効果によりコイル１６２に誘導電流が発生して発電される。

国際公開第２０１５／１４１４１４号

特許文献１の構成の問題について、図１１Ａ、図１１Ｂを用いて、以下に説明する。図１１Ａおよび図１１Ｂは、図１０に示した発電部１６０近傍の拡大図である。図１１Ａは、図１０に示したフレーム１１０が上方向に動作したときの磁歪素子１６１への応力を示す図である。図１１Ｂは、図１０に示したフレーム１１０が下方向に動作したときの磁歪素子１６１への応力を示す図である。

図１１Ａに示すように、フレーム１１０が上方向１５３へ動作する場合、圧縮応力１５１が磁歪素子１６１の軸方向に加わる。その際、磁歪素子１６１とフレーム１１０との接点１５５が支点となり、磁性板１６３に引張応力１５２が発生する。この引張応力１５２と、磁歪素子１６１に加わる圧縮応力１５１とは相反する。そのため、圧縮応力１５１は減少し、発電効率が下がる。

一方で、図１１Ｂに示すように、フレーム１１０が下方向１５４へ動作する場合、引張応力１５２が磁歪素子１６１の軸方向に加わる。その際、磁歪素子１６１とフレーム１１０との接点１５５が支点となり、磁性板１６３に圧縮応力１５１が発生する。この圧縮応力１５１と、磁歪素子１６１に加わる引張応力１５２とは相反する。そのため、引張応力１５２は減少し、発電効率が下がる。

また、発電装置１では、発生できる電圧の大きさは、発電部１６０のコイル１６２の巻き数（層厚）により決まるが、コイル１６２の巻き数は、磁歪素子１６１と磁性板１６３との間の空間により制限される。そのため、発生できる電圧の大きさが制約を受けてしまう。

さらに、発電装置１では、磁路形成のために、フレーム１１０と磁石１７０との間の距離１５６を近接させる。その結果、フレーム１１０の上下振動のストロークが制約を受けてしまい、発電効率が下がる。

本開示の一態様の目的は、発電効率の向上を実現できる発電装置を提供することである。

本開示の一態様に係る発電装置は、振動体の振動が伝達される第１ヨークと、一端が前記第１ヨークに固定される第１保持部材と、一端が前記第１保持部材の他端に固定される磁歪素子と、一端が前記磁歪素子の他端に固定される第２保持部材と、前記磁歪素子の外側に配置され、前記磁歪素子に固定されるコイルと、前記磁歪素子の一端側において前記第１保持部材の他端に固定され、前記磁歪素子に磁束を通過させる第１磁石と、前記磁歪素子の他端側において前記第２保持部材の一端に固定され、前記磁歪素子に磁束を通過させる第２磁石と、前記振動体の振動方向に対して垂直または略垂直に配置され、一端が前記第２保持部材の他端に固定される第２ヨークと、前記第２ヨークの他端に固定される錘と、を有し、前記第１ヨーク、前記第２ヨーク、前記第１保持部材、前記第２保持部材、および前記磁歪素子を共に振動させる。

本開示の一態様に係る発電装置は、振動体の振動が伝達される第１ヨークと、一端が前記第１ヨークの一端に固定される磁歪素子と、一端が前記磁歪素子の他端に固定される第２保持部材と、前記磁歪素子の外側に配置され、前記磁歪素子に固定されるコイルと、前記磁歪素子の一端側において前記第１ヨークの一端に固定され、前記磁歪素子に磁束を通過させる第１磁石と、前記磁歪素子の他端側において前記第２保持部材の一端に固定され、前記磁歪素子に磁束を通過させる第２磁石と、前記振動体の振動方向に対して垂直または略垂直に配置され、一端が前記第２保持部材の他端に固定される第２ヨークと、前記第２ヨークの他端に固定される錘と、を有し、前記第１ヨーク、前記第２ヨーク、前記第２保持部材、および前記磁歪素子を共に振動させる。

本開示によれば、発電効率の向上を実現できる。

本開示の実施の形態１に係る発電装置の概略構成図 本開示の実施の形態１に係る発電装置の斜視図 本開示の実施の形態１に係る第２ヨークが上方向に動作したときの磁歪素子への応力を示す図 本開示の実施の形態１に係る第２ヨークが下方向に動作したときの磁歪素子への応力を示す図 本開示の実施の形態１に係る発電装置が仮に磁性板を備えた場合の構成を示す図 本開示の実施の形態２に係る発電装置の概略構成図 本開示の実施の形態２に係る発電装置の斜視図 本開示の比較例に係る発電装置の概略構成図 本開示の比較例に係る発電装置の斜視図 本開示の実施の形態１、２および比較例に係る発電電力測定結果を示す図 特許文献１の発電装置の概略構成図 図１０に示したフレームが上方向に動作したときの磁歪素子への応力を示す図 図１０に示したフレームが下方向に動作したときの磁歪素子への応力を示す図

以下、本開示の各実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において共通する構成要素については同一の符号を付し、それらの説明は適宜省略する。

（実施の形態１）
本開示の実施の形態１に係る発電装置１００について説明する。

＜構成＞
図１および図２を用いて、本実施の形態の発電装置１００の構成について説明する。図１は、本実施の形態の発電装置１００の概略構成図である。図２は、図１に示した発電装置１００の斜視図である。

図１、図２に示すように、発電装置１００は、第１ヨーク１１、第１保持部材１３、第１磁石７１、磁歪素子１６１、コイル１６２、第２磁石７２、第２保持部材１４、第２ヨーク１２、および錘１４０を備える。

従来の発電装置は、図１０に示したように、磁石１７０、磁歪素子１６１、フレーム１１０、錘１４０、コイル１６２を備えた、Ｕ字型の片持ち梁構造である。

これに対し、本実施の形態の発電装置１００は、Ｊ字型（略Ｕ字型といってもよい）の第１ヨーク１１を有する。

第１ヨーク１１は、Ｕ字型に湾曲した湾曲部１３１と、湾曲部１３１から延伸した長さが第１の長さである第１延伸部１３２と、湾曲部１３１から延伸した長さが第１の長さよりも短い第２の長さである第２延伸部１３３と、を有する。また、第１延伸部１３２には、振動体（図示略）が固定された固定端１３０が設けられている。第２延伸部１３３には、第１保持部材１３の一端と固定される自由端１３４が設けられている。

第１保持部材１３の他端には、磁歪素子１６１の下端が固定されている。磁歪素子１６１の上端は、Ｌ字型の第２保持部材１４の一端に固定されている。第１保持部材１３および第２保持部材１４は、それぞれの長手方向が第２延伸部１３３に対して垂直（略垂直でもよい）となるように設けられている。

磁歪素子１６１は、コイル１６２に挿入されている。換言すれば、コイル１６２は、磁歪素子１６１の外側に配置され、磁歪素子１６１に固定されている。また、磁歪素子１６１は、その長手方向が振動体の振動方向６に沿うように設けられている。

第２保持部材１４の他端は、第２ヨーク１２に固定されている。第２ヨーク１２の自由端１２０には、錘１４０が固定されている。第２ヨーク１２は、振動体の振動方向６に対して垂直（略垂直でもよい）に配置されている。

コイル１６２に挿入された磁歪素子１６１の両端には、第１磁石７１および第２磁石７２がそれぞれ設けられている。

なお、本実施の形態では、図１、図２に示したように、第１磁石７１、磁歪素子１６１、コイル１６２、および第２磁石７２が、開口部１１４側に設けられる場合を例に挙げたが、それらは、開口部１１４の反対側に設けられてもよい。

また、第１保持部材１３および第２保持部材１４は、第１ヨーク１１と第２ヨーク１２とが平行または略平行になるようにＬ字型形状であることが好ましいが、その他の形状であってもよい。

上述した発電装置１００の各構成要素の詳細については、後述する。

＜動作＞
図１および図２を用いて、本実施の形態の発電装置１００の動作について説明する。

例えば、固定端１３０に固定されている振動体が振動方向６の上方向に振動した場合、その振動は、第１ヨーク１１に伝達される。

また、上記振動は、第１ヨーク１１に固定されている第１保持部材１３、第１磁石７１、磁歪素子１６１、第２磁石７２、第２保持部材１４のそれぞれに伝達される。これにより、第１保持部材１３、第１磁石７１、磁歪素子１６１、第２磁石７２、第２保持部材１４は、それぞれ、振動方向６の上方向に振動する。

また、上記振動は、第２ヨーク１２、錘１４０のそれぞれに伝達される。これにより、第２ヨーク１２および錘１４０はそれぞれ振動し、錘１４０の慣性力により磁歪素子１６１は伸張する。

また、例えば、固定端１３０に固定されている振動体が振動方向６の下方向に振動した場合、その振動は、第１ヨーク１１に伝達される。

また、上記振動は、第１ヨーク１１に固定されている第１保持部材１３、第１磁石７１、磁歪素子１６１、第２磁石７２、第２保持部材１４のそれぞれに伝達される。これにより、第１保持部材１３、第１磁石７１、磁歪素子１６１、第２磁石７２、第２保持部材１４は、それぞれ、振動方向６の下方向に振動する。

また、上記振動は、第２ヨーク１２、錘１４０のそれぞれに伝達される。これにより、第２ヨーク１２および錘１４０はそれぞれ振動し、錘１４０の慣性力により磁歪素子１６１は収縮する。

このように、振動体の上下の振動に伴って、磁歪素子１６１に引張応力／圧縮応力が発生する。

したがって、磁歪素子１６１の磁化は、逆磁歪効果により増加／減少し、磁歪素子１６１の周囲に巻かれたコイル１６２を貫く磁束密度も増加／減少する。

この磁束密度の時間的変化により、コイル１６２に誘導電流が発生する。第２ヨーク１２は振動体に対して自由端である。よって、第２ヨーク１２は振動体からの外力の付加によって伸張／収縮の振動をするため、共振によって連続発電を行うことが可能である。

ここで、図３Ａ、図３Ｂを用いて、第２ヨーク１２が上方向へ動作した場合および第２ヨーク１２が下方向へ動作した場合のそれぞれについて説明する。図３Ａは、第２ヨーク１２が上方向に動作したときの磁歪素子への応力を示す図である。図３Ｂは、第２ヨーク１２が下方向に動作したときの磁歪素子への応力を示す図である。

図３Ａに示すように、第２ヨーク１２が上方向に振動した場合、第１ヨーク１１は、下方向に振動し、磁歪素子１６１においてその軸方向に引張応力１５２が発生する。

このとき、上述した特許文献１の構成のように仮に発電装置１００に磁性板１６３が設けられているとすると（図４参照）、その磁性板１６３に、図１１Ｂを用いて説明した圧縮応力が発生する。しかし、本実施の形態の発電装置１００は、磁性板を備えないため、磁性板への圧縮応力が発生することはない。よって、磁歪素子１６１に作用する引張応力１５２を最大化することが可能となる。

図３Ｂに示すように、第２ヨーク１２が下方向に振動した場合、第１ヨーク１１は下方向に振動し、磁歪素子１６１においてその軸方向に圧縮応力１５１が発生する。

このとき、上述した特許文献１の構成のように仮に発電装置１００に磁性板１６３が設けられているとすると（図４参照）、その磁性板１６３に、図１１Ａを用いて説明した引張応力が発生する。しかし、本実施の形態の発電装置１００は、磁性板を備えないため、磁性板への引張応力が発生することはない。よって、磁歪素子１６１に作用する圧縮応力１５１を最大化することが可能となる。

このように、発電装置１００では、磁歪素子１６１に作用する引張応力１５２／圧縮応力１５１を最大化できるので、コイルの剛性による磁歪素子１６１のひずみ量への影響をなくすことができ、磁歪素子１６１から発生する磁束の漏れを減少させることができ（発生する磁束を最大化でき）、発電効率の向上を実現できる。その結果、電池を用いる場合に必要となる定期的な交換作業または充電作業が不要となり、それらの作業に要する人員や費用を削減することができる。

＜磁歪素子１６１＞
磁歪素子１６１は、板状であり、磁性材料で構成される。磁性材料としては、例えば、鉄ガリウム系の合金、鉄コバルト系の合金等を用いることができるが、これらに限定されない。

また、磁歪素子１６１は、結晶状態の材料ではなく、アモルファス状態の材料で構成されてもよい。さらに、磁歪素子１６１は、外力を受けて伸張／収縮するため、延性を有する磁性材料で構成されることが好ましい。磁歪素子１６１の形状は、直方体、立方体、円柱、多角形でもよく、特に限定されない。

＜コイル１６２＞
コイル１６２は、磁歪素子１６１の周囲に空間または接着層を設けて巻かれている。コイル１６２は、電磁誘導の法則により磁歪素子１６１内を通過する磁力線の時間変化に比例して、電圧を発生させる。

コイル１６２の材質としては、例えば、銅線、アルミ線等を用いることができるが、これらに限定されない。また、コイル１６２の巻き数を変更することにより、電圧の大きさを調整できる。

なお、本実施の形態では、１つのコイル１６２を設けた場合を例示したが、コイル１６２は２つ以上に分割して設けられてもよい。

＜第１磁石７１、第２磁石７２＞
第１磁石７１と第２磁石７２は、コイル１６２を挟んで対向するように設けられている。また、第１磁石７１は、コイル１６２の底面との間に空間が設けられるように、磁歪素子１６１の一端（下端）において第１保持部材１３に固定されている。また、第２磁石７２は、コイル１６２の上面との間に空間が設けられるように、磁歪素子１６１の他端（上端）において第２保持部材１４に固定されている。第２磁石７２からの磁力線（磁束）が磁歪素子１６１を通過し、第１磁石７１に到達することで磁気回路が形成される。

第１磁石７１および第２磁石７２としては、ネオジウム系の永久磁石を用いることができるが、これに限定されず、例えば、フェライト系、コバルト系などの磁石を用いてもよい。

＜第１ヨーク１１＞
第１ヨーク１１は、図１等に示したとおりＪ字状であり、透磁率の低い磁性材料からなる。上述したとおり、第１ヨーク１１の固定端１３０には振動体が固定され、第１ヨーク１１の自由端１３４には、第１保持部材１３が固定される。図１に示すとおり、第１ヨーク１１は、第２ヨーク１２と平行（略平行でもよい）である。

なお、第１ヨーク１１の形状は、Ｊ字型に限定されず、例えば、略Ｖ字状、または多段状（階段型）であってもよい。

また、本実施の形態では、第１ヨーク１１の自由端１３４にＬ字形状の第１保持部材１３を固定する場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。第１ヨーク１１は、第１保持部材１３と一体的に形成されてもよい。

＜第２ヨーク１２＞
第２ヨーク１２は、図１等に示したとおり板状であり、透磁率の低い磁性材料からなる。上述したとおり、第２ヨーク１２の自由端１２０には錘１４０が固定され、自由端１２０とは逆側の端部には第２保持部材１４が固定される。図１に示すとおり、第２ヨーク１２は、第１ヨーク１１と平行（略平行でもよい）である。

なお、本実施の形態では、第２ヨーク１２の自由端と逆側の端部にＬ字形状の第２保持部材１４を設けた場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。第２ヨーク１２は、第２保持部材１４と一体的に形成されてもよい。

＜錘１４０＞
錘１４０は、透磁率の低い磁性材料または非磁性体材料で構成される。上述したとおり、錘１４０は、第２ヨーク１２の自由端１２０に固定されている。

なお、錘１４０は、複数個重ねて設けられてもよい。

また、錘１４０は、例えば、エポキシ系の接着剤を使用して固定されてもよいし、ボルトなどで機械的に固定されてもよいし、これら以外の固定方法であってもよい。

＜第１保持部材１３と、第２保持部材１４＞
第１保持部材１３および第２保持部材１４は、透磁率の低い磁性材料からなる。上述したとおり、第１保持部材１３には磁歪素子１６１の下端が固定され、第２保持部材１４には磁歪素子１６１の上端が固定される。

なお、磁歪素子１６１は、例えば、エポキシ系の接着剤を使用して固定されてもよいし、ボルトなどで機械的に固定されてもよいし、これら以外の固定方法であってもよい。

また、上述したとおり、第１保持部材１３および第２保持部材１４は、第１ヨーク１１と第２ヨーク１２とが略平行になるようにＬ字型形状であることが好ましいが、その他の形状であってもよい。

（実施の形態２）
本開示の実施の形態２に係る発電装置２００について説明する。なお、以下の説明では、実施の形態１と同一の構成要素（各図において同一符号が付されたもの）については、適宜その説明を省略する。

＜構成＞
図５および図６を用いて、本実施の形態の発電装置２００の構成について説明する。図５は、本実施の形態の発電装置２００の概略構成図である。図６は、図５に示した発電装置２００の斜視図である。

図５、図６に示すように、発電装置２００は、発電装置１００と同様に、第１ヨーク１１、第１磁石７１、磁歪素子１６１、コイル１６２、第２磁石７２、第２保持部材１４、第２ヨーク１２、および錘１４０を備える。

発電装置２００は、以下の点で、発電装置１００と異なる。

発電装置２００は、Ｊ字型の第１ヨーク１１を有し、その第１ヨーク１１の自由端１３４には、コイル１６２に挿入された磁歪素子１６１の一端（左端）が固定されている。

また、磁歪素子１６１の他端（右端）は、Ｌ字型の第２保持部材１４の一端に固定されている。

第２保持部材１４の他端は、第２ヨーク１２に固定されている。錘１４０は、第２ヨーク１２の自由端１２０に固定されている。第２保持部材１４は、その長手方向が第２延伸部１３３に対して垂直（略垂直でもよい）となるように設けられている。

コイル１６２に挿入された磁歪素子１６１の両端には、第１磁石７１および第２磁石７２がそれぞれ設けられている。

なお、本実施の形態では、図５、図６に示したように、第１磁石７１、磁歪素子１６１、コイル１６２、および第２磁石７２が、第１ヨーク１１の外周側に設けられる場合を例に挙げたが、それらは、第１ヨーク１１の内周側に設けられてもよい。

また、第２保持部材１４は、第１ヨーク１１と第２ヨーク１２とが平行または略平行になるようにＬ字型形状であることが好ましいが、その他の形状であってもよい。

＜動作＞
図５および図６を用いて、本実施の形態の発電装置２００の動作について説明する。

例えば、固定端１３０に固定されている振動体（図示略）が振動方向６の上方向に振動した場合、その振動は、第１ヨーク１１に伝達される。

また、上記振動は、第１ヨーク１１に固定されている第１磁石７１、磁歪素子１６１、第２磁石７２、第２保持部材１４のそれぞれに伝達される。これにより、第１磁石７１、磁歪素子１６１、第２磁石７２、第２保持部材１４は、それぞれ、振動方向６の上方向に振動する。

また、上記振動は、第２ヨーク１２、錘１４０のそれぞれに伝達される。これにより、第２ヨーク１２および錘１４０はそれぞれ振動し、錘１４０の慣性力により磁歪素子１６１は伸張する。

また、例えば、固定端１３０に固定されている振動体が振動方向６の下方向に振動した場合、その振動は、第１ヨーク１１に伝達される。

また、上記振動は、第１ヨーク１１に固定されている第１磁石７１、磁歪素子１６１、第２磁石７２、第２保持部材１４のそれぞれに伝達される。これにより、第１磁石７１、磁歪素子１６１、第２磁石７２、第２保持部材１４は、それぞれ、振動方向６の下方向に振動する。

また、上記振動は、第２ヨーク１２、錘１４０のそれぞれに伝達される。これにより、第２ヨーク１２および錘１４０はそれぞれ振動し、錘１４０の慣性力により磁歪素子１６１は収縮する。

このように、振動体の上下の振動に伴って、磁歪素子１６１に引張応力／圧縮応力が発生する。

したがって、磁歪素子１６１の磁化は、逆磁歪効果により増加／減少し、磁歪素子１６１の周囲に巻かれたコイル１６２を貫く磁束密度も増加／減少する。

この磁束密度の時間的変化により、コイル１６２に誘導電流が発生する。第２ヨーク１２は振動体に対して自由端である。よって、第２ヨーク１２は振動体からの外力の付加によって伸張／収縮の振動をするため、共振によって連続発電を行うことが可能である。

また、本実施の形態の発電装置２００は、実施の形態１の発電装置１００と同様に、磁性板を備えない。よって、磁歪素子１６１に作用する引張応力／圧縮応力に対して、干渉が発生しない。したがって、実施の形態１と同様に、磁歪素子１６１に作用する引張応力／圧縮応力を最大化することが可能となる。

このように、発電装置２００では、磁歪素子１６１に作用する引張応力１５２／圧縮応力１５１を最大化できるので、コイルの剛性による磁歪素子１６１のひずみ量への影響をなくすことができ、磁歪素子１６１から発生する磁束の漏れを減少させることができ（発生する磁束を最大化でき）、発電効率の向上を実現できる。その結果、電池を用いる場合に必要となる定期的な交換作業または充電作業が不要となり、それらの作業に要する人員や費用を削減することができる。

＜各実施の形態と比較例との比較＞
図７、図８を用いて、本開示の比較例に係る発電装置３００の構成について説明する。図７は、発電装置３００の概略構成図である。図８は、図７に示した発電装置３００の斜視図である。

図７、８に示すように、発電装置３００は、第１ヨーク１１、第１磁石７１、磁歪素子１６１、コイル１６２、第２磁石７２、第２ヨーク１２、および錘１４０を備える。すなわち、発電装置３００は、上述した実施の形態２の発電装置３００から第２保持部材１４を除いた構成である。

実施の形態１の発電装置１００、実施の形態２の発電装置２００、比較例の発電装置３００それぞれにおいて発電された電力の測定結果を図９に示す。

図９は、発電装置１００、２００、３００それぞれの固定端１３０に固定された振動体を、各発電装置の共振周波数で振動方向６の上下方向に振動させた場合の発電量の比率を示している。

図９に示すように、発電装置３００の発電量を１とすると、発電装置１００の発電量は１．２７倍、発電装置２００の発電量は１．１１倍であった。すなわち、発電装置１００、２００では、発電効率が向上した。

なお、本開示は、上記実施の形態１、２の説明に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。

本開示の発電装置は、発電効率を向上することが可能であり、産業分野、防犯・防災分野、社会インフラ分野、医療・福祉分野などで多くの利用シーンが想定されているＩｏＴにおいて、キーコンポーネントである無線センサーモジュールへの適用に対して特に有用である。

１、１００、２００、３００ 発電装置
６ 振動方向
１１ 第１ヨーク
１２ 第２ヨーク
１３ 第１保持部材
１４ 第２保持部材
７１ 第１磁石
７２ 第２磁石
１１０ フレーム
１１４ 開口部
１２０、１３４ 自由端
１３０ 固定端
１３１ 湾曲部
１３２ 第１延伸部
１３３ 第２延伸部
１４０ 錘
１５１ 圧縮応力
１５２ 引張応力
１５３ 上方向
１５４ 下方向
１５５ 接点
１５６ 距離
１６０ 発電部
１６１ 磁歪素子
１６２ コイル
１６３ 磁性板
１７０ 磁石

Claims (8)

1. 振動体の振動が伝達される第１ヨークと、
   一端が前記第１ヨークに固定される第１保持部材と、
   一端が前記第１保持部材の他端に固定される磁歪素子と、
   一端が前記磁歪素子の他端に固定される第２保持部材と、
   前記磁歪素子の外側に配置され、前記磁歪素子に固定されるコイルと、
   前記磁歪素子の一端側において前記第１保持部材の他端に固定され、前記磁歪素子に磁束を通過させる第１磁石と、
   前記磁歪素子の他端側において前記第２保持部材の一端に固定され、前記磁歪素子に磁束を通過させる第２磁石と、
   前記振動体の振動方向に対して垂直または略垂直に配置され、一端が前記第２保持部材の他端に固定される第２ヨークと、
   前記第２ヨークの他端に固定される錘と、を有し、
   前記第１ヨーク、前記第２ヨーク、前記第１保持部材、前記第２保持部材、および前記磁歪素子を共に振動させる、
   発電装置。
2. 前記第１ヨークは、
   Ｕ字型に湾曲した湾曲部と、
   前記湾曲部から延伸した長さが第１の長さである第１延伸部と、
   前記湾曲部から延伸した長さが前記第１の長さよりも短い第２の長さである第２延伸部と、
   前記第１延伸部に設けられ、前記振動体と固定される固定端と、
   前記第２延伸部に設けられ、前記第１保持部材の一端と固定される自由端と、を有する、
   請求項１に記載の発電装置。
3. 前記第１保持部材および前記第２保持部材は、それぞれの長手方向が前記第２延伸部に対して垂直または略垂直に設けられている、
   請求項２に記載の発電装置。
4. 振動体の振動が伝達される第１ヨークと、
   一端が前記第１ヨークの一端に固定される磁歪素子と、
   一端が前記磁歪素子の他端に固定される第２保持部材と、
   前記磁歪素子の外側に配置され、前記磁歪素子に固定されるコイルと、
   前記磁歪素子の一端側において前記第１ヨークの一端に固定され、前記磁歪素子に磁束を通過させる第１磁石と、
   前記磁歪素子の他端側において前記第２保持部材の一端に固定され、前記磁歪素子に磁束を通過させる第２磁石と、
   前記振動体の振動方向に対して垂直または略垂直に配置され、一端が前記第２保持部材の他端に固定される第２ヨークと、
   前記第２ヨークの他端に固定される錘と、を有し、
   前記第１ヨーク、前記第２ヨーク、前記第２保持部材、および前記磁歪素子を共に振動させる、
   発電装置。
5. 前記第１ヨークは、
   Ｕ字型に湾曲した湾曲部と、
   前記湾曲部から延伸した長さが第１の長さである第１延伸部と、
   前記湾曲部から延伸した長さが前記第１の長さよりも短い第２の長さである第２延伸部と、
   前記第１延伸部に設けられ、前記振動体と固定される固定端と、
   前記第２延伸部に設けられ、前記磁歪素子の一端と固定される自由端と、を有する、
   請求項４に記載の発電装置。
6. 前記第２保持部材は、その長手方向が前記第２延伸部に対して垂直または略垂直に設けられている、
   請求項５に記載の発電装置。
7. 前記磁歪素子は、延性を有する磁性材料で構成される、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の発電装置。
8. 前記第１磁石および前記第２磁石は、それぞれ、前記コイルを挟んで対向し、かつ、前記コイルと間に空間が設けられて配置されている、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の発電装置。

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