JP2020088933A - Power generation device - Google Patents
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Abstract
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。 The present disclosure relates to a power generation device that uses a reverse magnetostriction effect that converts mechanical energy applied to a reverse magnetostrictive element into electric energy in power generation using vibration.
近年、振動、熱、光、電磁波などのエネルギーを電気エネルギーに変換して利用するエネルギーハーベストが注目されている。その中でも、振動発電は、振動に加え、衝撃、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。 BACKGROUND ART In recent years, energy harvesting, which uses energy such as vibration, heat, light, and electromagnetic waves by converting it into electric energy, has been drawing attention. Among them, vibration power generation is an extremely versatile power generation method that can extract electric energy from shock and movement in addition to vibration.
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。金属系の磁歪材料を使用した磁歪方式は、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る。また、磁歪方式は、電気的にもインピーダンスが低いため、発電デバイスとつながる各種回路への適応性が高い。 Vibration power generation includes a piezoelectric method, an electrostatic induction method, an electromagnetic induction method, a magnetostriction method, and the like. The piezoelectric method using a piezoelectric element (piezo element) has a problem that mechanical durability is low due to the brittleness of the piezoelectric element. The electromagnetic induction method has a problem that it is difficult to reduce the size because there is a movable part. The magnetostrictive method using a metal-based magnetostrictive material is excellent in mechanical characteristics and workability because the magnetostrictive element is a ductile material. In addition, the magnetostriction system has a low impedance electrically and is highly adaptable to various circuits connected to the power generation device.
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。 Magnetostrictive vibration power generation, by applying stress to the magnetostrictive element, to change the magnetic field lines generated by the inverse magnetostrictive effect, by the law of electromagnetic induction, by generating an electromotive force in the coil wound around the magnetostrictive element, This is a power generation method that changes mechanical energy into electrical energy.
例えば特許文献１には、磁歪式振動発電を行う発電装置が開示されている。ここで、図８を用いて、特許文献１の発電装置について説明する。図８は、特許文献１の発電装置の概略断面図である。 For example, Patent Document 1 discloses a power generation device that performs magnetostrictive vibration power generation. Here, the power generation device of Patent Document 1 will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the power generation device of Patent Document 1.
図８に示すように、特許文献１の発電装置１００は、発電部１０４、フレーム１０５、磁石１０６を有する。 As shown in FIG. 8, the power generation device 100 of Patent Document 1 has a power generation unit 104, a frame 105, and a magnet 106.
発電部１０４は、磁歪材料からなる磁歪棒１０１と、その磁歪棒１０１に巻かれたコイル１０２と、磁歪棒１０１に一様な圧縮力または引張力を加えるために磁歪棒１０１と平行に配置された磁性棒１０３と、を有する。 The power generation unit 104 is arranged in parallel with the magnetostrictive rod 101 made of a magnetostrictive material, the coil 102 wound around the magnetostrictive rod 101, and the magnetostrictive rod 101 for applying a uniform compressive force or tensile force to the magnetostrictive rod 101. And a magnetic rod 103.
フレーム１０５は、磁性材料からなる、Ｊ字型（略Ｕ字型）の部材である。フレーム１０５は、屈曲部分からそれぞれ延伸した第１フレーム１０５ａおよび第２フレーム１０５ｂを有する。第１フレーム１０５ａは、振動源１０７に固定された固定端Ｅ１を有する。また、第２フレーム１０５ｂは、自由端Ｅ２を有する。 The frame 105 is a J-shaped (substantially U-shaped) member made of a magnetic material. The frame 105 has a first frame 105a and a second frame 105b that extend from the bent portions, respectively. The first frame 105a has a fixed end E1 fixed to the vibration source 107. The second frame 105b also has a free end E2.
発電部１０４は、第２フレーム１０５ｂに設けられている。また、磁石１０６は、第１フレーム１０５ａに設けられている。磁石１０６と第２フレーム１０５ｂとの間には、空隙が形成されている。 The power generation unit 104 is provided on the second frame 105b. The magnet 106 is provided on the first frame 105a. An air gap is formed between the magnet 106 and the second frame 105b.
振動源１０７からの振動の伝達により、第１フレーム１０５ａおよび第２フレーム１０５ｂは共に振動する。 The transmission of the vibration from the vibration source 107 causes both the first frame 105a and the second frame 105b to vibrate.
発電装置１００は、第１フレーム１０５ａのみが固定端Ｅ１で固定されているため、片持ち梁の構造である。片持ち梁構造は、その他の梁構造（例えば、両端支持構造など）に比べて、外力に対して変位が大きい構造、つまり梁に応力がかかりやすい構造として知られている。よって、磁歪棒１０１にかかる応力を大きくできるため、発生させられる磁束を大きくできる。その結果、発電量が向上するという利点がある。 The power generation device 100 has a cantilever structure because only the first frame 105a is fixed at the fixed end E1. The cantilever beam structure is known as a structure in which displacement is large with respect to an external force, that is, a structure in which stress is easily applied to the beam, as compared with other beam structures (for example, both-end support structure). Therefore, since the stress applied to the magnetostrictive rod 101 can be increased, the generated magnetic flux can be increased. As a result, there is an advantage that the amount of power generation is improved.
しかしながら、特許文献１の発電装置１００には、以下の課題がある。 However, the power generation device 100 of Patent Document 1 has the following problems.
磁石１０６から発生する磁界および磁束は、磁石１０６と第２フレーム１０５ｂとの間の空隙を通過し、フレーム１０５の屈曲部分を含んで還流する磁路（磁気回路）を形成することになる。このような磁路は、空隙を含むため、磁気抵抗が非常に大きくなる。 The magnetic field and magnetic flux generated from the magnet 106 pass through the gap between the magnet 106 and the second frame 105b, and form a magnetic path (magnetic circuit) that includes the bent portion of the frame 105 and flows back. Since such a magnetic path includes an air gap, the magnetic resistance becomes very large.
例えば、フレーム１０５の材料として９９．８％鉄を使用したとすると、磁束が通過する媒質の磁気抵抗係数を表す透磁率は、９９．８％鉄が６．３×１０−３Ｈ／ｍ、空気が約１．３×１０−６Ｈ／ｍである。よって、磁気抵抗として、数千倍の差があるため、磁気損失が大きくなり、磁歪棒１０１に大きな磁束を通過させることが難しい。 For example, if 99.8% iron is used as the material of the frame 105, the magnetic permeability representing the magnetic resistance coefficient of the medium through which the magnetic flux passes is 99.8% iron at 6.3×10 −3 H/m, The air is about 1.3×10 −6 H/m. Therefore, since there is a difference of several thousand times in the magnetic resistance, the magnetic loss becomes large and it is difficult to pass a large magnetic flux through the magnetostrictive rod 101.
ここで、磁歪材料を通過する磁束の関係式として、下記式（１）が挙げられる。
Ｂ＝μＨ＋ｄＴ・・・（１）
Here, as a relational expression of the magnetic flux passing through the magnetostrictive material, the following expression (1) can be given.
B=μH+dT (1)
式（１）において、Ｂは磁束密度、μは透磁率、Ｈは磁界強度、ｄは磁歪定数、Ｔは磁歪材料にかかる応力である。 In the equation (1), B is the magnetic flux density, μ is the magnetic permeability, H is the magnetic field strength, d is the magnetostriction constant, and T is the stress applied to the magnetostrictive material.
透磁率μおよび磁歪定数ｄは磁歪材料の物性値である。よって、磁束密度Ｂを構造的に増大するためには、右辺の第１項のＨと第２項のＴを大きくすればよいことになる。 The magnetic permeability μ and the magnetostriction constant d are the physical properties of the magnetostrictive material. Therefore, in order to structurally increase the magnetic flux density B, it is sufficient to increase H of the first term and T of the second term on the right side.
まず、磁界強度Ｈは磁石１０６からの磁場の大きさであるため、上述したとおり、磁気抵抗となる上記空隙は小さくした方がよい。つまり、第２フレーム１０５ｂと磁石１０６とを近接させると、Ｈが向上する。 First, since the magnetic field strength H is the magnitude of the magnetic field from the magnet 106, it is preferable to reduce the above-mentioned air gap that becomes the magnetic resistance, as described above. That is, H is improved when the second frame 105b and the magnet 106 are brought close to each other.
また、第２フレーム１０５ｂが振動によって大きく変位すれば、磁歪棒１０１にその分大きな応力Ｔがかかることになる。しかし、第２フレーム１０５ｂと磁石１０６とを近接させつつ、第２フレーム１０５ｂの変位を大きくしようとすると、第２フレーム１０５ｂと磁石１０６とが接触してしまう。よって、振動が妨げられてしまい、発電量を向上させることはできない。 Further, if the second frame 105b is largely displaced by vibration, a large stress T is applied to the magnetostrictive rod 101 accordingly. However, if the displacement of the second frame 105b is increased while the second frame 105b and the magnet 106 are brought close to each other, the second frame 105b and the magnet 106 come into contact with each other. Therefore, the vibration is disturbed and the amount of power generation cannot be improved.
本開示の一態様の目的は、フレームと磁石とを近接させることなく、磁界強度を向上させ、発電量を向上させることができる発電装置を提供することである。 An object of one aspect of the present disclosure is to provide a power generation device that can improve the magnetic field strength and the amount of power generation without bringing the frame and the magnet close to each other.
本開示の一態様に係る発電装置は、磁歪素子と、前記磁歪素子の周囲に設けられたコイルと、一端が振動源に固定され、他端が前記磁歪素子の一端に接続され、磁性材料からなるフレームヨークと、一端が前記磁歪素子の他端に接続され、磁性材料からなる振動板と、前記磁歪素子に磁界を印加する第１磁石および第２磁石と、を備え、前記フレームヨークの長尺部分と前記振動板とは、空間を介して対向し、互いに平行に配置されており、前記第１磁石における前記振動板側の極性と、前記第２磁石における前記振動板側の極性とが、同じである。 A power generation device according to one aspect of the present disclosure, a magnetostrictive element, a coil provided around the magnetostrictive element, one end is fixed to a vibration source, the other end is connected to one end of the magnetostrictive element, from a magnetic material And a first magnet and a second magnet that apply a magnetic field to the magnetostrictive element, and a frame yoke that has one end connected to the other end of the magnetostrictive element and that has a length of the frame yoke. The shaku portion and the diaphragm are opposed to each other through a space and are arranged in parallel to each other, and a polarity of the first magnet on the diaphragm side and a polarity of the second magnet on the diaphragm side are different from each other. , Same.
本開示によれば、フレームと磁石とを近接させることなく、磁界強度を向上させ、発電量を向上させることができる。 According to the present disclosure, it is possible to improve the magnetic field strength and the amount of power generation without bringing the frame and the magnet close to each other.
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。 Hereinafter, each embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings. In addition, the same reference numerals are given to common constituent elements in each drawing, and the description thereof will be appropriately omitted.
（実施の形態１）
本開示の実施の形態１に係る発電装置１について説明する。
(Embodiment 1)
The power generator 1 according to Embodiment 1 of the present disclosure will be described.
＜構造＞
まず、本実施の形態に係る発電装置１の構成について、図１Ａを用いて説明する。図１Ａは、本実施の形態の発電装置１の概略断面図である。
<Structure>
First, the configuration of the power generation device 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 1A. FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of power generation device 1 of the present embodiment.
図１Ａ、図１Ｂに示すように、発電装置１は、積層体４、コイル５、振動板６、錘７、フレームヨーク８、第１磁石１０、および第２磁石１１を有する。 As shown in FIGS. 1A and 1B, the power generation device 1 includes a laminated body 4, a coil 5, a diaphragm 6, a weight 7, a frame yoke 8, a first magnet 10, and a second magnet 11.
積層体４は、板状の磁歪素子２と、その磁歪素子２と略同一形状の非磁性体３とが積層されたものである。この積層体４の周囲には、コイル５が設けられている。 The laminated body 4 is formed by laminating a plate-shaped magnetostrictive element 2 and a non-magnetic body 3 having substantially the same shape as the magnetostrictive element 2. A coil 5 is provided around the laminated body 4.
フレームヨーク８は、磁性材料からなる、Ｊ字型（略Ｕ字型）の部材である。フレームヨーク８は、屈曲部８ａ、その屈曲部８ａから延伸した第１フレーム８ｂ（長尺部分）、第２フレーム８ｃを有する。 The frame yoke 8 is a J-shaped (substantially U-shaped) member made of a magnetic material. The frame yoke 8 has a bent portion 8a, a first frame 8b (long portion) extending from the bent portion 8a, and a second frame 8c.
フレームヨーク８の一端（第１フレーム８ｂの端部）は、振動源９に固定されている。フレームヨーク８の他端（第２フレーム８ｃの端部）は、積層体４の一端に接続されている。 One end of the frame yoke 8 (the end portion of the first frame 8b) is fixed to the vibration source 9. The other end of the frame yoke 8 (the end portion of the second frame 8c) is connected to one end of the laminated body 4.
積層体４の他端には、振動板６が接続されている。振動板６の端部には、錘７が設けられている。 The diaphragm 6 is connected to the other end of the laminated body 4. A weight 7 is provided at the end of the diaphragm 6.
振動板６と、フレームヨーク８の第１フレーム８ｂとは、空間を介して対向しており、互いに平行（略平行を含む）に配置されている。 The diaphragm 6 and the first frame 8b of the frame yoke 8 face each other with a space in between and are arranged in parallel (including substantially parallel) to each other.
第１フレーム８ｂにおいて、振動板６との対向面には、第１磁石１０が設けられている。また、振動板６において、第１フレーム８ｂとの対向面には、第２磁石１１が設けられている。第２の磁石１１は、振動板６を挟んで錘７と対向する位置に設けられている。 A first magnet 10 is provided on a surface of the first frame 8b facing the diaphragm 6. The second magnet 11 is provided on the surface of the diaphragm 6 facing the first frame 8b. The second magnet 11 is provided at a position facing the weight 7 with the diaphragm 6 interposed therebetween.
第１磁石１０と第２の磁石１１とは、図中の左右方向における位置が重ならないように、互いに離間して設けられている。また、第１磁石１０は、磁歪素子２と対向しない位置に設けられている。 The first magnet 10 and the second magnet 11 are provided apart from each other so that their positions in the left-right direction in the figure do not overlap. The first magnet 10 is provided at a position that does not face the magnetostrictive element 2.
また、第１磁石１０および第２の磁石１１はともに、上面がＮ極、下面がＳ極となるように配置されている。すなわち、第１磁石１０における振動板６側（上面）の極性はＮ極であり、第２磁石１１における第１フレーム８ｂ側（下面側）の極性はＳ極である。換言すれば、第１磁石１０における振動板６側（上面）の極性はＮ極であり、第２磁石１１における振動板６側（下面側）の極性もＮ極である。 Further, both the first magnet 10 and the second magnet 11 are arranged such that the upper surface thereof has an N pole and the lower surface thereof has an S pole. That is, the polarity of the first magnet 10 on the diaphragm 6 side (upper surface) is N pole, and the polarity of the second magnet 11 on the first frame 8b side (lower surface side) is S pole. In other words, the polarity of the first magnet 10 on the diaphragm 6 side (upper surface) is N pole, and the polarity of the second magnet 11 on the diaphragm 6 side (lower surface side) is also N pole.
以上説明したように、発電装置１は、全体として、片持ち梁構造を採っている。 As described above, the power generation device 1 has a cantilever structure as a whole.
次に、発電装置１における磁束の還流について、図１Ｂを用いて説明する。図１Ｂは、発電装置１において磁束が還流する様子を示す模式図である。 Next, the circulation of magnetic flux in the power generator 1 will be described with reference to FIG. 1B. FIG. 1B is a schematic diagram showing how the magnetic flux recirculates in the power generator 1.
一般的に、磁石は、Ｎ極から磁界および磁束が発生し、それらはＳ極に戻る性質を有する。図１Ｂにおいて、磁路１０ａは、第１磁石１０が形成する磁路であり、磁路１１ａは、第２の磁石１１が形成する磁路である。 Generally, a magnet has a property that a magnetic field and a magnetic flux are generated from a north pole and they return to a south pole. In FIG. 1B, the magnetic path 10 a is a magnetic path formed by the first magnet 10, and the magnetic path 11 a is a magnetic path formed by the second magnet 11.
第１磁石１０のＮ極から出た磁束は、第１磁石１０と積層体４（磁歪素子２）との間の空隙を介して、磁歪素子２に入る。そして、磁歪素子２を通過した磁束は、第２フレーム８ｃ、屈曲部８ａ、第１フレーム８ｂの順に通過し、Ｓ極に戻る。このように、磁路１０ａは、磁束が還流する閉磁路となっている。 The magnetic flux emitted from the N pole of the first magnet 10 enters the magnetostrictive element 2 through the air gap between the first magnet 10 and the stacked body 4 (magnetostrictive element 2). Then, the magnetic flux passing through the magnetostrictive element 2 passes through the second frame 8c, the bent portion 8a, and the first frame 8b in this order, and returns to the S pole. In this way, the magnetic path 10a is a closed magnetic path in which the magnetic flux circulates.
第２磁石１１のＮ極から出た磁束は、振動板６を通過し、磁歪素子２に入る。そして、磁歪素子２を通過した磁束は、第２フレーム８ｃ、屈曲部８ａ、第１フレーム８ｂを順に通過した後、第２磁石１１とフレームヨーク８（第１フレーム８ｂ）との間の空隙を介して、Ｓ極に戻る。このように、磁路１１ａは、磁束が還流する閉磁路となっている。 The magnetic flux emitted from the N pole of the second magnet 11 passes through the diaphragm 6 and enters the magnetostrictive element 2. Then, the magnetic flux that has passed through the magnetostrictive element 2 passes through the second frame 8c, the bent portion 8a, and the first frame 8b in this order, and then becomes a gap between the second magnet 11 and the frame yoke 8 (first frame 8b). Return to the S pole via. In this way, the magnetic path 11a is a closed magnetic path in which the magnetic flux circulates.
次に、発電装置１の各構成要素について、さらに詳細に説明する。 Next, each component of the power generator 1 will be described in more detail.
［磁歪素子２］
磁歪素子２は、応力によって伸縮した際に磁束を発生する特性を持つ材料を用いることができる。この材料としては、例えば、ＴｂＦｅ２（テルビウム−鉄合金）、ＤｙＦｅ２（ディスプロシウム−鉄合金）、ＨｏＦｅ２（ホルミウム−鉄合金）、Ｇａｌｆｅｎｏｌ（ガリウム−鉄合金）、Ｔｅｒｆｅｎｏｌ−Ｄ（テルビウム−ディスプロシウム−鉄合金）、ＦｅＳｉＢ（鉄−シリコン−ホウ素アモルファス合金）などが挙げられる。
[Magnetostrictive element 2]
The magnetostrictive element 2 can be made of a material having a characteristic of generating a magnetic flux when expanded and contracted by stress. Examples of this material include TbFe 2 (terbium-iron alloy), DyFe 2 (dysprosium-iron alloy), HoFe 2 (holmium-iron alloy), Galfenol (gallium-iron alloy), Terfenol-D (terbium-iron alloy). Examples include dysprosium-iron alloy) and FeSiB (iron-silicon-boron amorphous alloy).
磁歪素子２は、例えば長方形の板状であり、磁歪素子２の長手方向が磁束の方向（以下、「磁束の向き」ともいう）に対して平行になるように配置されている（図１Ｂ参照）。なお、磁歪素子２の形状は、上記に限定されるものではなく、例えば、直方体、立方体、円柱、多角形などであってもよい。 The magnetostrictive element 2 is, for example, a rectangular plate shape, and is arranged such that the longitudinal direction of the magnetostrictive element 2 is parallel to the direction of magnetic flux (hereinafter, also referred to as “direction of magnetic flux”) (see FIG. 1B). ). The shape of the magnetostrictive element 2 is not limited to the above, and may be, for example, a rectangular parallelepiped, a cube, a cylinder, or a polygon.
また、磁歪素子２は、単結晶または多結晶のいずれであってもよいが、単結晶の方が逆磁歪効果によって発生する磁束が大きくなるため好ましい。 Further, the magnetostrictive element 2 may be either a single crystal or a polycrystal, but a single crystal is preferable because the magnetic flux generated by the inverse magnetostriction effect becomes larger.
［非磁性体３、積層体４］
非磁性体３は、磁歪素子２に積層され、積層体４を形成する。磁歪素子２と非磁性体３とを積層する理由は、主に２つある。
[Non-magnetic material 3, laminated body 4]
The non-magnetic body 3 is laminated on the magnetostrictive element 2 to form a laminated body 4. There are mainly two reasons for stacking the magnetostrictive element 2 and the non-magnetic body 3.
１つ目の理由を説明する。発電装置１は片持ち梁構造であるため、振動源９の振動によって、磁歪素子２には圧縮応力と引張応力とが交互に発生する。仮に磁歪素子２が単体で設けられている場合、磁歪素子２の厚み方向の中心が、応力はゼロとなる中立軸になる。つまり、磁歪素子２では、その中立軸を基準として、一方には圧縮応力が働き、他方には引張応力が働く。 The first reason will be explained. Since the power generation device 1 has a cantilever structure, the compressive stress and the tensile stress are alternately generated in the magnetostrictive element 2 due to the vibration of the vibration source 9. If the magnetostrictive element 2 is provided alone, the center in the thickness direction of the magnetostrictive element 2 is the neutral axis where the stress becomes zero. That is, in the magnetostrictive element 2, a compressive stress acts on one side and a tensile stress acts on the other side with the neutral axis as a reference.
応力の発生する向きによって、磁歪素子２から発生する磁束の向きも変わる。そのため、磁歪素子２が単体で設けられている場合では、中立軸を境に反対方向の磁束が発生し、互いに打ち消し合うこととなる。したがって、発電効率が非常に悪くなる。 The direction of the magnetic flux generated from the magnetostrictive element 2 also changes depending on the direction in which the stress is generated. Therefore, in the case where the magnetostrictive element 2 is provided alone, magnetic fluxes in opposite directions are generated with the neutral axis as a boundary and cancel each other. Therefore, the power generation efficiency becomes very poor.
これに対し、本実施の形態のように磁歪素子２と非磁性体３とが重ねて設けられている場合、中立軸が積層体４の中心付近となる。そのため、磁歪素子２において、同じ向きの応力が発生しやすくなり、発電効率が向上する。 On the other hand, when the magnetostrictive element 2 and the non-magnetic body 3 are provided in a stacked manner as in this embodiment, the neutral axis is near the center of the laminated body 4. Therefore, in the magnetostrictive element 2, stress in the same direction is easily generated, and power generation efficiency is improved.
２つ目の理由を説明する。仮に磁歪素子２と積層する部材に磁性体を用いた場合、その部材および磁歪素子２のそれぞれに磁束が分流し、磁石からの磁気バイアスを効率的に磁歪素子２に印加することができない。 The second reason will be explained. If a magnetic material is used for the member to be laminated with the magnetostrictive element 2, the magnetic flux is shunted to each of the member and the magnetostrictive element 2, and the magnetic bias from the magnet cannot be efficiently applied to the magnetostrictive element 2.
これに対し、本実施の形態のように磁歪素子２と積層する部材に非磁性体３を用いた場合では、磁束は、非磁性体３を通過せず、磁歪素子２に集中する。そのため、上記式（１）における磁界強度Ｈを高めることができる。 On the other hand, in the case where the non-magnetic body 3 is used for the member laminated with the magnetostrictive element 2 as in the present embodiment, the magnetic flux does not pass through the non-magnetic body 3 but concentrates on the magnetostrictive element 2. Therefore, the magnetic field strength H in the above formula (1) can be increased.
以上説明した積層による効果を最大限に得るため、非磁性体３は、磁歪素子２と同一の寸法（形状）、同一のヤング率であることが好ましい。寸法（形状）およびヤング率が同一であれば、中立軸は、磁歪素子２と非磁性体３との積層界面に存在する。よって、磁歪素子２内にかかる応力および磁束が全て同じ方向となる。また、非磁性体３の材質としては、例えば、ＳＵＳ系の材料を用いることができる。 In order to maximize the effect of the above-described stacking, the nonmagnetic body 3 preferably has the same size (shape) and the same Young's modulus as the magnetostrictive element 2. If the dimensions (shape) and Young's modulus are the same, the neutral axis exists at the laminated interface between the magnetostrictive element 2 and the non-magnetic body 3. Therefore, the stress and magnetic flux applied in the magnetostrictive element 2 are all in the same direction. Moreover, as the material of the non-magnetic body 3, for example, a SUS-based material can be used.
積層体４において、磁歪素子２と非磁性体３とは接触していればよい。また、磁歪素子２と非磁性体３とを、接着剤（例えば、エポキシ樹脂）または溶融金属（例えば、ロウ材）などの接合材を用いて密着させてもよい。また、積層体４を、振動板６およびフレームヨーク８のそれぞれに、締結部材（例えば、ネジ）を用いて締結させてもよい。 In the laminated body 4, the magnetostrictive element 2 and the non-magnetic body 3 may be in contact with each other. Further, the magnetostrictive element 2 and the non-magnetic body 3 may be adhered to each other by using a bonding material such as an adhesive (for example, epoxy resin) or a molten metal (for example, brazing material). Further, the laminated body 4 may be fastened to each of the diaphragm 6 and the frame yoke 8 by using fastening members (for example, screws).
［コイル５］
コイル５は、電磁誘導の法則により、磁歪素子２を通過する磁束の時間変化に比例して、電圧を発生させる。
[Coil 5]
According to the law of electromagnetic induction, the coil 5 generates a voltage in proportion to the time change of the magnetic flux passing through the magnetostrictive element 2.
また、発電装置１としての信頼性を保つために、コイル５は、絶縁性の樹脂など（図示略）を介して積層体４の周囲に固定的に巻回されている。なお、コイル５は、積層体４の周囲に、電気的な絶縁を確保するための空間を設けて巻回されてもよい。 Further, in order to maintain reliability as the power generation device 1, the coil 5 is fixedly wound around the laminated body 4 via an insulating resin or the like (not shown). The coil 5 may be wound around the laminated body 4 with a space provided for ensuring electrical insulation.
コイル５の材質としては、例えば、銅線またはアルミ線などを用いることができるが、それらに限定されない。また、コイル５の巻き数や線径を変更することにより、電圧の大きさや抵抗の大きさを調整できる。 As the material of the coil 5, for example, a copper wire or an aluminum wire can be used, but the material is not limited to them. Further, by changing the number of turns of the coil 5 and the wire diameter, the magnitude of the voltage and the magnitude of the resistance can be adjusted.
コイル５の巻線の両端は、必要に応じて整流装置等（図示略）へ電気的に接続されている。これにより、振動によって得られる電気エネルギーを取り出すことができる。 Both ends of the winding of the coil 5 are electrically connected to a rectifying device or the like (not shown) as necessary. Thereby, the electric energy obtained by the vibration can be taken out.
［振動板６、錘７］
振動板６および錘７は、発電装置１が振動源９の振動条件に合わせて発電できるようにするために設けられる。
[Vibration plate 6, weight 7]
The diaphragm 6 and the weight 7 are provided so that the power generator 1 can generate power according to the vibration condition of the vibration source 9.
振動板６は、例えば、板状の金属である。また、錘７は、例えば、ブロック状または円柱状の金属である。 The diaphragm 6 is, for example, a plate-shaped metal. The weight 7 is, for example, a block-shaped or columnar metal.
物体には固有の振動数が存在し、振動源９と共振することによって発電装置１が大きく振動でき、大きな発電量を得ることができる。つまり、振動板６および錘７は、振動源９の振動周波数に合わせた構造であることが好ましい。 The object has a unique frequency, and by vibrating with the vibration source 9, the power generation device 1 can vibrate greatly, and a large amount of power generation can be obtained. That is, it is preferable that the vibration plate 6 and the weight 7 have a structure adapted to the vibration frequency of the vibration source 9.
発電装置１の共振周波数は、錘７を重くするか、または、振動板６を長くすると、低下する。この特性を用いて、発電装置１の共振周波数を調整することができる。なお、振動板６の長さを調整するだけで所望の固有振動数が得られる場合、錘７を設けなくてもよい。 The resonance frequency of the power generator 1 decreases when the weight 7 is made heavier or the diaphragm 6 is lengthened. Using this characteristic, the resonance frequency of the power generation device 1 can be adjusted. If the desired natural frequency can be obtained only by adjusting the length of the diaphragm 6, the weight 7 may not be provided.
振動板６は、図１Ｂに示した磁路１１ａの一部を構成する。よって、磁気バイアスロスを抑制する観点から、振動板６には、磁性材料（例えば、鉄）を用いることが好ましい。 The diaphragm 6 constitutes a part of the magnetic path 11a shown in FIG. 1B. Therefore, from the viewpoint of suppressing the magnetic bias loss, it is preferable to use a magnetic material (for example, iron) for the diaphragm 6.
また、錘７の材質は、特に限定されるものではないが、小型化の観点から、密度の高い材料（例えば、タングステンなど）を用いると、錘７のサイズを小さくできる。また、錘７には磁束を通過させる必要がないので、錘７の材料は、透磁率の低いものであることがより好ましい。 The material of the weight 7 is not particularly limited, but the size of the weight 7 can be reduced by using a highly dense material (for example, tungsten) from the viewpoint of miniaturization. Further, since it is not necessary to pass a magnetic flux through the weight 7, it is more preferable that the material of the weight 7 has a low magnetic permeability.
［フレームヨーク８］
フレームヨーク８は、振動源９からの振動を積層体４および振動板６に伝達させる。また、フレームヨーク８は、図１Ｂに示した磁路１０ａおよび磁路１１ａそれぞれの一部を構成する。よって、フレームヨーク８は、例えば、鉄またはニッケルなどの磁性体を使用することが好ましい。なお、フレームヨーク８は、一枚の板を折り曲げて形成されてもよいし、複数の部材を接合（例えば、ネジ留めなど）して形成されてもよい。
[Frame yoke 8]
The frame yoke 8 transmits the vibration from the vibration source 9 to the laminated body 4 and the diaphragm 6. Further, the frame yoke 8 constitutes a part of each of the magnetic paths 10a and 11a shown in FIG. 1B. Therefore, the frame yoke 8 is preferably made of a magnetic material such as iron or nickel. The frame yoke 8 may be formed by bending a single plate, or may be formed by joining (for example, screwing) a plurality of members.
［第１磁石１０、第２磁石１１］
第１磁石１０および第２磁石１１は、磁歪素子２に磁気バイアスを印加するために配置されている。第１磁石１０および第２磁石１１は、上記式（１）で示したように磁界強度に関わるため、磁力の強い磁石が好ましい。第１磁石１０および第２磁石１１としては、例えば、ネオジウム系の永久磁石を使用できるが、フェライト系、コバルト系など、特に限定されるものではない。
[First magnet 10, second magnet 11]
The first magnet 10 and the second magnet 11 are arranged to apply a magnetic bias to the magnetostrictive element 2. Since the first magnet 10 and the second magnet 11 are involved in the magnetic field strength as shown in the above formula (1), magnets having a strong magnetic force are preferable. As the first magnet 10 and the second magnet 11, for example, a neodymium-based permanent magnet can be used, but the ferrite-based, cobalt-based, etc. are not particularly limited.
＜効果＞
本実施の形態の発電装置１の効果（磁歪素子２に印加される磁束を増大させる効果）について説明する。ここでは、本実施の形態の発電装置１と、比較例１〜４との比較により、発電装置１の効果を説明する。
<Effect>
The effect of the power generation device 1 of the present embodiment (the effect of increasing the magnetic flux applied to the magnetostrictive element 2) will be described. Here, the effect of the power generation device 1 will be described by comparing the power generation device 1 of the present embodiment with Comparative Examples 1 to 4.
［各比較例］
比較例１の発電装置の構成を図２に示す。比較例１の発電装置は、図１Ａ、図１Ｂに示した発電装置１と比べて、第２磁石１１を備えていない点が異なる。
[Comparative examples]
The configuration of the power generator of Comparative Example 1 is shown in FIG. The power generator of Comparative Example 1 is different from the power generator 1 shown in FIGS. 1A and 1B in that the second magnet 11 is not provided.
比較例２の発電装置の構成を図３に示す。比較例２の発電装置は、図１Ａ、図１Ｂに示した発電装置１と比べて、第１磁石１０を備えていない点が異なる。 The configuration of the power generator of Comparative Example 2 is shown in FIG. The power generator of Comparative Example 2 differs from the power generator 1 shown in FIGS. 1A and 1B in that the first magnet 10 is not provided.
比較例３は、比較例１の磁束と比較例２の磁束とを加算した数値であり、実際の装置ではない。 Comparative Example 3 is a numerical value obtained by adding the magnetic flux of Comparative Example 1 and the magnetic flux of Comparative Example 2 and is not an actual device.
比較例４の発電装置の構成を図４に示す。比較例４の発電装置は、図１Ａ、図１Ｂに示した発電装置１と比べて、第２磁石１１の極性を反転させた点が異なる。 The configuration of the power generator of Comparative Example 4 is shown in FIG. The power generator of Comparative Example 4 differs from the power generator 1 shown in FIGS. 1A and 1B in that the polarity of the second magnet 11 is reversed.
［評価］
磁束を詳細に解析するため、電磁界解析ソフトウェア（ＪＭＡＧ：ＪＳＯＬ製）を用いて、本実施の形態および比較例１〜４の効果を検証した。この検証結果について、図５Ａおよび図５Ｂを用いて説明する。
[Evaluation]
In order to analyze the magnetic flux in detail, the effects of this embodiment and Comparative Examples 1 to 4 were verified using electromagnetic field analysis software (JMAG: made by JSOL). The verification result will be described with reference to FIGS. 5A and 5B.
図５Ａは、磁歪素子２における磁束の測定点を示す模式図である。図５Ａに示すように、磁歪素子２には、例えば６箇所の測定点１〜６が設定される。また、測定点１〜６は、磁歪素子２の厚み方向の中心の位置（図中の点線）に設定される。また、図５Ａにおいて、磁束は、図中の矢印に示すように還流する。よって、測定点６が最も上流側であり、測定点１が最も下流側である。 FIG. 5A is a schematic diagram showing measurement points of magnetic flux in the magnetostrictive element 2. As shown in FIG. 5A, for example, six measurement points 1 to 6 are set on the magnetostrictive element 2. Further, the measurement points 1 to 6 are set at the center positions (dotted lines in the figure) of the magnetostrictive element 2 in the thickness direction. Further, in FIG. 5A, the magnetic flux recirculates as indicated by the arrow in the figure. Therefore, the measurement point 6 is the most upstream side, and the measurement point 1 is the most downstream side.
図５Ｂは、実施の形態１および比較例１〜４毎の、測定点１〜６で測定された磁束を表すグラフである。図５Ｂの横軸は測定点であり、図５Ｂの縦軸は磁束である。ここで、縦軸の磁束は、測定点１で測定された実施の形態１の値を１として、指数（以下、磁束指数という）で示されている。 FIG. 5B is a graph showing the magnetic flux measured at measurement points 1 to 6 for each of the first embodiment and Comparative Examples 1 to 4. The horizontal axis of FIG. 5B is the measurement point, and the vertical axis of FIG. 5B is the magnetic flux. Here, the magnetic flux on the vertical axis is indicated by an index (hereinafter referred to as a magnetic flux index), where the value of the first embodiment measured at the measurement point 1 is 1.
［比較例１、２の磁束指数］
上述したとおり、実施の形態１は２つの磁石を備える構成であるのに対し、比較例１、２は、それぞれ、１つの磁石を備える構成である。図５Ｂに示されるとおり、磁石の数が多い実施の形態１の磁束指数は、磁石の数が少ない比較例１、２の磁束指数よりも大きくなっている。
[Magnetic flux index of Comparative Examples 1 and 2]
As described above, the first embodiment has a configuration including two magnets, whereas the comparative examples 1 and 2 each have a configuration including one magnet. As shown in FIG. 5B, the magnetic flux index of Embodiment 1 having a large number of magnets is larger than the magnetic flux index of Comparative Examples 1 and 2 having a small number of magnets.
また、比較例１と比較例２とを比べると、比較例１の磁束指数は、比較例２の磁束指数よりも大きい。これは、第１磁石１０は、第２磁石１１よりも磁歪素子２の近くに配置されており、磁路１０ａの長さが短いため、磁束のロスが少ないからである。 Further, when comparing Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the magnetic flux index of Comparative Example 1 is larger than the magnetic flux index of Comparative Example 2. This is because the first magnet 10 is arranged closer to the magnetostrictive element 2 than the second magnet 11, and the length of the magnetic path 10a is shorter, so that there is less loss of magnetic flux.
［比較例３の磁束指数］
比較例３は、比較例１の磁束指数と比較例２の磁束指数とを加算した値である。図５Ｂに示されるとおり、実施の形態１の磁束指数は、比較例３の磁束指数よりも大きい。よって、２つの磁石を備えた実施の形態１では、磁束の増幅効果が得られる。これは、２つの磁石がそれぞれ形成する磁路１０ａ、１１ａが相互に作用することにより、単一の磁路よりも効果的に磁歪素子２に磁束を通過させることができるからである。
[Magnetic flux index of Comparative Example 3]
Comparative Example 3 is a value obtained by adding the magnetic flux index of Comparative Example 1 and the magnetic flux index of Comparative Example 2. As shown in FIG. 5B, the magnetic flux index of the first embodiment is larger than that of the comparative example 3. Therefore, in the first embodiment including the two magnets, the effect of amplifying the magnetic flux can be obtained. This is because the magnetic paths 10a and 11a formed by the two magnets interact with each other to allow the magnetic flux to pass through the magnetostrictive element 2 more effectively than a single magnetic path.
［比較例４の磁束指数］
比較例４は、実施の形態１の発電装置１において第２磁石１１の極性を反転させ、第１磁石１０のＮ極と第２磁石１１のＮ極とが向き合った構成である。図５Ｂに示されるとおり、比較例４の磁束指数は、磁石が１つである比較例１、２の磁束指数よりも低い。よって、比較例４では、ほぼ磁気バイアスを印加できていない。
[Magnetic flux index of Comparative Example 4]
Comparative Example 4 has a configuration in which the polarity of the second magnet 11 is reversed in the power generator 1 of the first embodiment, and the N pole of the first magnet 10 and the N pole of the second magnet 11 face each other. As shown in FIG. 5B, the magnetic flux index of Comparative Example 4 is lower than the magnetic flux index of Comparative Examples 1 and 2 having one magnet. Therefore, in Comparative Example 4, almost no magnetic bias could be applied.
これは、第２磁石１１が形成する磁路１１ａの向きが図１Ｂに示した向きと逆となり、第１磁石１０からの磁束と第２磁石１１からの磁束とが打ち消しあってしまうためである。これを回避するためには、第１磁石１０および第２の磁石１１は、極性の向きを考慮して配置される必要がある。例えば、図１Ａ、図１Ｂに示したように、第１磁石１０における振動板６側の極性と、第２磁石１１における振動板６側の極性とを、同じ（例えば、Ｎ極）にする。 This is because the direction of the magnetic path 11a formed by the second magnet 11 is opposite to the direction shown in FIG. 1B, and the magnetic flux from the first magnet 10 and the magnetic flux from the second magnet 11 cancel each other out. .. In order to avoid this, the 1st magnet 10 and the 2nd magnet 11 need to be arranged considering the direction of polarity. For example, as shown in FIGS. 1A and 1B, the polarity of the first magnet 10 on the diaphragm 6 side and the polarity of the second magnet 11 on the diaphragm 6 side are the same (for example, N pole).
実施の形態１の発電装置１では、図１Ａ、図１Ｂに示したように、第１磁石１０の上面をＮ極、下面をＳ極とし、それに合わせて第２磁石１１の上面をＮ極、下面をＳ極としたが、これに限定されない。例えば、第１磁石１０の上面をＳ極、下面をＮ極とし、それに合わせて第２磁石１１の上面をＳ極、下面をＮ極としてもよい。この場合、磁束の向きは図１Ｂに示した向きの反対になるが、磁束を増大させる効果は同様に得ることができる。 In the power generation device 1 of the first embodiment, as shown in FIGS. 1A and 1B, the upper surface of the first magnet 10 is the N pole and the lower surface is the S pole, and the upper surface of the second magnet 11 is the N pole in accordance therewith. Although the lower surface is the S pole, it is not limited to this. For example, the upper surface of the first magnet 10 may be an S pole and the lower surface may be an N pole, and the upper surface of the second magnet 11 may be an S pole and the lower surface may be an N pole in accordance with that. In this case, the direction of the magnetic flux is opposite to that shown in FIG. 1B, but the effect of increasing the magnetic flux can be similarly obtained.
以上、比較例１〜４の磁束指数について説明したが、図５Ｂから明らかなように、測定点１〜６のいずれにおいても、実施の形態１の磁束指数が最も高い。実施の形態１と比較例１〜４とは、磁石以外の構造が同じであるため、実施の形態１は、磁歪素子２に対して上記式（１）における磁界強度Ｈを高めることができていると言える。 Although the magnetic flux index of Comparative Examples 1 to 4 has been described above, as is clear from FIG. 5B, the magnetic flux index of the first embodiment is the highest at any of measurement points 1 to 6. Since Embodiment 1 and Comparative Examples 1 to 4 have the same structure other than the magnet, Embodiment 1 can increase the magnetic field strength H in the above formula (1) with respect to the magnetostrictive element 2. Can be said to be
また、実施の形態１および比較例１〜３では、測定点１から測定点６にかけて磁束指数が徐々に大きくなっているが、これは、磁束は、その流れ方向において、最上流側の測定点６で最も大きく、最下流側の測定点１で最も小さくなるためである。 Moreover, in Embodiment 1 and Comparative Examples 1 to 3, the magnetic flux index gradually increases from the measurement point 1 to the measurement point 6, but this is because the magnetic flux is the most upstream measurement point in the flow direction. This is because 6 is the largest and 6 is the smallest at the measurement point 1 on the most downstream side.
（実施の形態２）
本開示の実施の形態２に係る発電装置１ａについて説明する。
(Embodiment 2)
A power generator 1a according to Embodiment 2 of the present disclosure will be described.
＜構造＞
まず、本実施の形態に係る発電装置１ａの構成について、図６Ａを用いて説明する。図６Ａは、本実施の形態の発電装置１ａの概略断面図である。
<Structure>
First, the configuration of the power generation device 1a according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 6A. FIG. 6A is a schematic cross-sectional view of power generation device 1a of the present embodiment.
図６Ａに示すように、発電装置１ａは、実施の形態１の発電装置１と比べて、第２磁石１１が第１フレーム８ｂに設けられている点が異なる。 As shown in FIG. 6A, the power generator 1a differs from the power generator 1 of the first embodiment in that the second magnet 11 is provided in the first frame 8b.
具体的には、第２磁石１１は、第１フレーム８ｂにおいて第１磁石１０が配置された面と同じ面に配置されている。また、第２磁石１１は、第１磁石１０よりも、振動源９の近くに配置されている。また、第１磁石１０および第２磁石１１は、それぞれ、上面がＮ極、下面がＳ極となるように配置されている。すなわち、第１磁石１０における振動板６側の極性と、第２磁石１１における振動板６側の極性とは、同じである。 Specifically, the second magnet 11 is arranged on the same surface as the surface on which the first magnet 10 is arranged in the first frame 8b. Further, the second magnet 11 is arranged closer to the vibration source 9 than the first magnet 10. Further, the first magnet 10 and the second magnet 11 are arranged such that the upper surface thereof has an N pole and the lower surface thereof has an S pole. That is, the polarity of the first magnet 10 on the diaphragm 6 side and the polarity of the second magnet 11 on the diaphragm 6 side are the same.
次に、発電装置１における磁束の還流について、図６Ｂを用いて説明する。図６Ｂは、発電装置１ａにおいて磁束が還流する様子を示す模式図である。 Next, the circulation of the magnetic flux in the power generator 1 will be described with reference to FIG. 6B. FIG. 6B is a schematic diagram showing how magnetic flux recirculates in the power generator 1a.
第１磁石１０が形成する磁路１０ａは、実施の形態１と同じであるので、説明は省略する。 The magnetic path 10a formed by the first magnet 10 is the same as that in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
第２磁石１１のＮ極から出た磁束は、第２磁石１１と振動板６との間の空隙を介して、振動板６に入り、磁歪素子２を通過する。磁歪素子２を通過した磁束は、第２フレーム８ｃ、屈曲部８ａ、第１フレーム８ｂを順に通過した後、Ｓ極に戻る。このように、磁路１１ｂは、磁束が還流する閉磁路となっている。 The magnetic flux emitted from the N pole of the second magnet 11 enters the diaphragm 6 through the gap between the second magnet 11 and the diaphragm 6, and passes through the magnetostrictive element 2. The magnetic flux that has passed through the magnetostrictive element 2 returns to the S pole after sequentially passing through the second frame 8c, the bent portion 8a, and the first frame 8b. In this way, the magnetic path 11b is a closed magnetic path in which the magnetic flux circulates.
＜効果＞
本実施の形態の発電装置１ａの効果（磁歪素子２に印加される磁束への効果）について説明する。ここでは、本実施の形態の発電装置１ａと、実施の形態１の発電装置１との比較により、発電装置１ａの効果を説明する。
<Effect>
The effect of the power generation device 1a of the present embodiment (effect on the magnetic flux applied to the magnetostrictive element 2) will be described. Here, the effect of the power generator 1a will be described by comparing the power generator 1a of the present embodiment with the power generator 1 of the first embodiment.
［評価］
実施の形態１と同様に、電磁界解析ソフトウェア（ＪＭＡＧ：ＪＳＯＬ製）を用いて、実施の形態１の発電装置１および実施の形態２の発電装置１ａの効果を検証した。この検証結果について、図７を用いて説明する。なお、磁束の測定点は、図５Ａに示した測定点〜６である。
[Evaluation]
Similar to the first embodiment, the effects of the power generation device 1 of the first embodiment and the power generation device 1a of the second embodiment were verified using electromagnetic field analysis software (JMAG: made by JSOL). The verification result will be described with reference to FIG. 7. The measurement points of the magnetic flux are measurement points 6 to 6 shown in FIG. 5A.
図７に示すように、実施の形態２の磁束指数は、実施の形態１の磁束指数とほぼ同じである。これは、第２磁石１１が振動板６またはフレームヨーク８（第１フレーム８ｂ）のいずれに設けられても、磁束の増幅効果を得られることを示している。よって、実施の形態２は、磁歪素子２に対して上記式（１）における磁界強度Ｈを高めることができる。 As shown in FIG. 7, the magnetic flux index of the second embodiment is almost the same as the magnetic flux index of the first embodiment. This indicates that the amplification effect of the magnetic flux can be obtained regardless of whether the second magnet 11 is provided on the diaphragm 6 or the frame yoke 8 (first frame 8b). Therefore, the second embodiment can increase the magnetic field strength H in the above equation (1) with respect to the magnetostrictive element 2.
なお、実施の形態２の発電装置１ａでは、図６Ａ、図６Ｂに示したように、第１磁石１０の上面をＮ極、下面をＳ極とし、それに合わせて第２磁石１１の上面をＮ極、下面をＳ極としたが、これに限定されない。例えば、第１磁石１０の上面をＳ極、下面をＮ極とし、それに合わせて第２磁石１１の上面をＳ極、下面をＮ極としてもよい。この場合、磁束の向きは図６Ｂに示した向きの反対になるが、磁束を増大させる効果は同様に得ることができる。 In the power generator 1a according to the second embodiment, as shown in FIGS. 6A and 6B, the upper surface of the first magnet 10 has an N pole and the lower surface has an S pole, and the upper surface of the second magnet 11 has an N pole. The pole and the lower surface are S poles, but the invention is not limited to this. For example, the upper surface of the first magnet 10 may be an S pole and the lower surface may be an N pole, and the upper surface of the second magnet 11 may be an S pole and the lower surface may be an N pole in accordance with that. In this case, the direction of the magnetic flux is opposite to that shown in FIG. 6B, but the effect of increasing the magnetic flux can be similarly obtained.
以上説明したように、実施の形態１の発電装置１および実施の形態２の発電装置１ａは、第１磁石１０を振動板６（または磁歪素子２）に近接させることなく、磁歪素子２を通過する磁束を増大させ（磁歪素子２へ印加される磁界強度を向上させ）、発電量を向上させることができる。 As described above, the power generation device 1 according to the first embodiment and the power generation device 1a according to the second embodiment pass the magnetostrictive element 2 without bringing the first magnet 10 close to the diaphragm 6 (or the magnetostrictive element 2). It is possible to increase the generated magnetic flux (improve the magnetic field strength applied to the magnetostrictive element 2) and improve the amount of power generation.
なお、本開示は、上記実施の形態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。 Note that the present disclosure is not limited to the above description of the embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present disclosure.
本開示の発電装置は、発電効率を向上させ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（Internet of Things）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。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The power generation device of the present disclosure can improve power generation efficiency, and is expected to be used in many fields such as industrial fields, crime prevention/disaster prevention fields, social infrastructure fields, and medical/welfare fields. ) Is particularly useful for application to wireless sensor modules that are key components.
１、１ａ、１００ 発電装置
２ 磁歪素子
３ 非磁性体
４ 積層体
５、１０２ コイル
６ 振動板
７ 錘
８ フレームヨーク
８ａ 屈曲部
８ｂ、１０５ａ 第１フレーム
８ｃ、１０５ｂ 第２フレーム
９、１０７ 振動源
１０ 第１磁石
１１ 第２磁石
１００ 発電装置
１０１ 磁歪棒
１０３ 磁性棒
１０４ 発電部
１０５ フレーム
１０６ 磁石
1, 1a, 100 Power generator 2 Magnetostrictive element 3 Non-magnetic body 4 Laminated body 5, 102 Coil 6 Vibration plate 7 Weight 8 Frame yoke 8a Bent portion 8b, 105a First frame 8c, 105b Second frame 9, 107 Vibration source 10 1st magnet 11 2nd magnet 100 Power generator 101 Magnetostrictive rod 103 Magnetic rod 104 Power generation part 105 Frame 106 Magnet
Claims (7)
前記磁歪素子の周囲に設けられたコイルと、
一端が振動源に固定され、他端が前記磁歪素子の一端に接続され、磁性材料からなるフレームヨークと、
一端が前記磁歪素子の他端に接続され、磁性材料からなる振動板と、
前記磁歪素子に磁界を印加する第１磁石および第２磁石と、を備え、
前記フレームヨークの長尺部分と前記振動板とは、空間を介して対向し、互いに平行に配置されており、
前記第１磁石における前記振動板側の極性と、前記第２磁石における前記振動板側の極性とが、同じである、
発電装置。 A magnetostrictive element,
A coil provided around the magnetostrictive element,
A frame yoke made of a magnetic material, one end of which is fixed to a vibration source and the other end of which is connected to one end of the magnetostrictive element,
One end is connected to the other end of the magnetostrictive element, a diaphragm made of a magnetic material,
A first magnet and a second magnet for applying a magnetic field to the magnetostrictive element,
The long portion of the frame yoke and the diaphragm are opposed to each other through a space and are arranged in parallel with each other.
The polarity of the first magnet on the diaphragm side and the polarity of the second magnet on the diaphragm side are the same.
Power generator.
前記第２磁石は、前記振動板における前記フレームヨークの長尺部分との対向面に設けられている、
請求項１に記載の発電装置。 The first magnet is provided on a surface of the elongated portion of the frame yoke that faces the diaphragm.
The second magnet is provided on a surface of the diaphragm facing the long portion of the frame yoke.
The power generator according to claim 1.
請求項１に記載の発電装置。 The first magnet and the second magnet are provided on a surface of the elongated portion of the frame yoke that faces the diaphragm.
The power generator according to claim 1.
請求項３に記載の発電装置。 The second magnet is provided closer to the vibration source than the first magnet,
The power generator according to claim 3.
請求項１から４のいずれか１項に記載の発電装置。 The first magnet is provided closer to the magnetostrictive element than the second magnet, and at a position not facing the magnetostrictive element,
The power generator according to any one of claims 1 to 4.
前記コイルは、前記磁歪素子および前記非磁性体の周囲に巻回されている、
請求項１から５のいずれか１項に記載の発電装置。 The magnetostrictive element is laminated with a non-magnetic material,
The coil is wound around the magnetostrictive element and the non-magnetic body,
The power generator according to any one of claims 1 to 5.
請求項１から６のいずれか１項に記載の発電装置。 Further comprising a weight arranged on the diaphragm,
The power generator according to any one of claims 1 to 6.
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP2020088933A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023026558A1 (en) * | 2021-08-27 | 2023-03-02 | スミダコーポレーション株式会社 | Magnetostrictive power generation element |
-
2018
- 2018-11-16 JP JP2018215604A patent/JP2020088933A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023026558A1 (en) * | 2021-08-27 | 2023-03-02 | スミダコーポレーション株式会社 | Magnetostrictive power generation element |
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Legal Events
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