JP2021136826A - 発電素子、及び発電素子を用いた装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁歪材料を用いた発電において、発電量を向上できる発電素子、及び発電素子を用いた装置を提供する。【解決手段】 本明細書に開示の発電素子は、長手方向における一端が固定された磁歪材料を備え、前記磁歪材料に力を印加することにより発電する発電素子であって、前記磁歪材料を含む磁歪部と、磁性材料を含み、少なくとも一部の面が前記磁歪部に固定された磁性部と、前記磁歪材料の少なくとも一部を内包するコイルと、前記コイルを挟むように磁歪部に固定された、磁場を発生させる第１の磁場発生部及び第２の磁場発生部と、を備え、前記磁歪部、前記磁性部、前記コイル、前記第１の磁場発生部及び前記第２の磁場発生部は磁気回路を構成し、前記第１の磁場発生部と前記第２の磁場発生部のうち、前記固定された一端に近い前記第１の磁場発生部から発生する磁場の方が大きいことを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本明細書の開示は、発電素子、及び発電素子を用いた装置に関する。

近年、省エネルギー技術として環境中に存在する未利用エネルギーから電力を得る「環境発電」技術が注目されている。特に、振動から電力を得る振動発電は熱から電力を得る熱電発電と比べてエネルギー密度が高いため常時通信ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ、モノのインターネット）向け電源や携帯機器の充電等への応用が提案されている。例えば、環境中の振動により磁石を振動させ、コイルに誘導起電力を発生させる磁石可動型の発電方式は様々な形態で応用されている。さらに近年では、磁石を振動させる代わりに力の変化で磁束密度を変化させる逆磁歪現象を利用した発電（以下、逆磁歪発電と記す）が提案されている。

特許文献１には、逆磁歪発電素子の構成として、二つの磁歪棒を平行に配置し、磁石を磁歪棒に接着するような逆磁歪発電素子が記載されている。また、特許文献２には、磁石を磁歪部材によって挟むように配置する逆磁歪発電素子が記載されている。

特許第４９０５８２０号公報 特許第５９５４４０６号公報

しかしながら、従来の方式では、磁歪材料に十分かつ均一な磁場を印加できないために大きな電力を必ずしも取り出せないという課題があった。

本明細書の開示は、上述の課題に鑑み、磁歪材料を用いた発電において、発電量を向上できる発電素子、及び発電素子を用いた装置を提供することを目的の一つとする。なお、前記目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本明細書の開示の他の目的の１つとして位置付けることができる。

本明細書に開示の発電素子は、長手方向における一端が固定された磁歪材料を備え、前記磁歪材料に力を印加することにより発電する発電素子であって、前記磁歪材料を含む磁歪部と、磁性材料を含み、少なくとも一部の面が前記磁歪部に固定された磁性部と、前記磁歪材料の少なくとも一部を内包するコイルと、前記コイルを挟むように磁歪部に固定された、磁場を発生させる第１の磁場発生部及び第２の磁場発生部と、を備え、前記磁歪部、前記磁性部、前記コイル、前記第１の磁場発生部及び前記第２の磁場発生部は磁気回路を構成し、前記第１の磁場発生部と前記第２の磁場発生部のうち、前記固定された一端に近い前記第１の磁場発生部から発生する磁場の方が大きいことを特徴とする。

本明細書の開示によれば、磁歪材料を用いた発電において、発電量を向上できる発電素子、及び発電素子を用いた装置を提供することができる。

第１実施形態の発電素子の構成の一例を説明する模式図 第１実施形態の発電素子の原理の一例を説明する模式図 第１実施形態の発電素子の製造方法の一例を説明する模式図 実施例２の発電素子の構成の一例を説明する模式図 実施例３の発電素子の構成の一例を説明する模式図 実施例４の発電素子の構成の一例を説明する模式図 実施例５の発電素子の構成の一例を説明する模式図 実施例５の発電素子の原理の一例を説明する模式図

以下に本発明の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本明細書の開示は下記実施形態に限定されるものではなく、本明細書の開示の趣旨に基づき種々の変形（各実施例の有機的な組合せを含む）が可能であり、それらを本明細書の開示の範囲から除外するものではない。即ち、後述する各実施例及びその変形例を組み合わせた構成も全て本明細書に開示の実施形態に含まれるものである。

＜第１実施形態＞
第１実施形態に係る発電素子は、磁石を振動させる代わりに力の変化で磁束密度を変化させる逆磁歪現象を利用して発電を行う発電素子である。本実施形態に係る発電素子は、長手方向における一端が固定された磁歪材料を備え、磁歪材料に力を印加することにより発電する発電素子である。そして、発電素子が固定された一端側の磁場発生部の磁力が他方の磁場発生部の磁力よりも強いことにより、磁歪板中の磁場分布が均一となり、逆磁歪効果が向上することを特徴とする。

（発電素子の構成）
本実施形態の発電素子の構成を、図１（ａ）、図１（ｂ）を参照して説明する。図１（ａ）は本実施形態の発電素子の構成を説明する上面模式図、図１（ｂ）は本実施形態の発電素子の構成を説明する図１（ａ）Ａ−Ｂ線の断面模式図である。

本実施形態の発電素子１００は、保持部１０７によって保持されており、連結板１０１、磁歪板１０２ａと磁歪板１０２ｂで構成される磁歪部１０２、第１の磁場発生部に含まれる第１の磁石１０３と第２の磁場発生部に含まれる第２の磁石１０４、コイル１０５、非磁性領域１０６、磁性板１０８ａと磁性板１０８ｂで構成される磁性部１０８を有する。なお、下記において、ある部材とある部材との「固定」は、物理的に２つの部材が固定されている状態であればよい。すなわち、接するように固定されていてもよいし、異なる物質を介して固定されていてもよい。また、本実施形態においては、Ａ−Ｂ線の方向を長手方向と定義する。すなわち、圧力が印加される物体における、固定された一端から圧力を受ける一端に伸びる方向を長手方向とする。なお、方向の定義の仕方は上記に限定されない。

連結板１０１は、一端が磁歪部１０２に固定されており、圧縮応力や引張応力などの外力を受けて振動する。連結板１０１の連結方法は、磁歪部１０２と連結板１０１が強固に固定できればよく、特に限定されるものではないがレーザー溶接、接着剤による接着、はんだ接合、超音波接合もしくはボルト−ナットによる固定等が利用できる。また、連結板１０１は圧縮応力や引張応力などの外力が連続的に印加されるため、延性を有する材料が好ましい。さらに、連結板１０１の材料は磁歪部１０２との磁気回路構成によって選択される。そのため、磁気回路を構成する要素として連結板１０１を用いる場合は、例えば炭素鋼、フェライト系ステンレス等（ＳＵＳ４３０等）もしくはマルテンサイト系ステンレス等（ＳＵＳ４２０Ｊ２等）磁性材料が用いられる。一方、磁気回路を構成する要素として連結板１０１を用いない場合は、例えばオーステナイト系ステンレス等（ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３０３，ＳＵＳ３１６等）の非磁性材料が用いられる。

また、連結板１０１は、図１（ｂ）の上下方向に振動するように力が印加される。そのため、連結板１０１には、振動の機械的な減衰を低減するためにばね材などの弾性体を用いてもよい。図１（ｂ）の上下方向の振動を誘起する力は、たとえば保持部１０６が上下に振動する振動源に固定されていることで生じる地動加振の印加、もしくは連結板１０１の接続部と逆の先端に力を印加し弾くといった動作によって生じることができる。なお、力を印加する機構や地動加振から振動する機構は、発電装置として例えば筐体内に発電素子１００と一体となっていてもよい。

なお、上記の力の印加方法はあくまで一例であり、磁歪部１０２に力が印加できるような方法であれば良い。さらに、上記の保持板１０１に用いられる材料は一例であってこれに限定されない。

磁歪部１０２を構成する磁歪板１０２ａと磁歪板１０２ｂは、磁歪材料を含む部材である。磁歪部１０２は圧縮応力、引張応力が連続的に印加されるため、延性を有する磁歪材料が含まれることが好ましい。磁歪材料の種類は特に限定されるものではないが、好適には鉄‐ガリウム合金、鉄‐コバルト合金、鉄‐アルミニウム合金、鉄‐ガリウム‐アルミニウム合金もしくは鉄‐シリコン‐ホウ素合金等の既知の磁歪材料が用いられる。また、磁歪部１０２の形状は、連結板１０１と連結できる形であればよく、特に限定されるものではないが、好適には直方体、円柱等の形状が用いられる。

磁性板１０８ａ、１０８ｂは、磁歪材料１０２ａ、１０２ｂとそれぞれ磁気的に接続されていればよく、特に限定されるものではないが、材質としては炭素鋼やフェライト系ステンレス等（ＳＵＳ４３０等）やマルテンサイト系ステンレス等（ＳＵＳ４２０Ｊ２等）が用いられる。また、磁歪部１０２と磁性部１０８は連結されている。連結方法は磁歪部と磁性部が強固に固定できればよく、特に限定されるものではないがレーザー溶接、接着剤による接着、はんだ接合、超音波接合、ボルト−ナットによる固定等が利用できる。

第１の磁場発生部に含まれる第１の磁石１０３と第２の磁場発生部に含まれる第２の磁石１０４は、磁歪板１０２ａと磁歪板１０２ｂを逆方向に磁化するために取り付けられる。第１の磁石１０３と第２の磁石１０４には、特に限定されるものではないが、ネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石等が用いられる。

また、特に限定されるものではないが、第１の磁石１０３と第２の磁石１０４は、図１（ｂ）の断面模式図に図示されているように、磁化方向が互いに逆になるように配置することが望ましい。ただし、図１（ｂ）の断面模式図の磁石の磁化方向はあくまで一例であり、図示されたものとＮ極、Ｓ極が逆でもよい。すなわち、第１の磁石１０３と第２の磁石１０４は、互いに異なる磁極面が磁歪部１０２の同一面に固定されていればよい。また、第１の磁場発生部と第２の磁場発生部の磁力の強さは、第１の磁場発生部の方が第２の磁場発生部よりも強くなるような構成であればよく、特に限定されるものではない。例えば、図１（ｂ）に示すように第１の磁場発生部に含まれる第１の磁石１０３の方が第２の磁場発生部に含まれる第２の磁石１０４よりも大きなサイズをとる構成でもよい。もしくは、同じサイズであっても第１の磁場発生部に含まれる第１の磁石１０３の方が第２の磁場発生部に含まれる第２の磁石１０４に比べて磁力の強い材質の磁石である構成でもよい。または、図４（ｂ）に示すように、第１の磁場発生部を複数の磁石で構成することにより第２の磁場発生部よりも磁歪板の位置におけるコイル軸方向の磁場を強くする構成でもよい。

さらに、第１の磁場発生部と第２の磁場発生部の配置は、磁歪板１０２ａと磁歪板１０２ｂが逆方向に磁化されるのであれば特に上記に限定されるものではない。また、磁石は、特に限定されるものではないが、ネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石等が用いられる。

コイル１０５は、磁歪板１０２ａと磁歪板１０２ｂのそれぞれ少なくとも一部を内包するように配置されており、電磁誘導の法則に従い、磁歪板１０２ａと磁歪板１０２ｂとで生じる磁束の時間変化に応じて電圧を生じる。これにより、２つの磁歪板の間の距離に依らず、コイルの巻き数を増やすことができる。

コイル１０５の材質は、特に限定されるものではないが、好適には銅線が用いられる。

非磁性領域１０６は、特に限定されるものではないが、材質としては気体や固体が用いられる。好適には空気、または延性を有する非磁性金属、もしくはオーステナイト系ステンレス等（ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３０３，ＳＵＳ３１６等）が用いられる。また、非磁性領域１０６は連結板１０１と一体でもよい。

また、発電素子１００を保持部１０７と一体化して筐体に内包してもよく、これにより、発電素子１００を備える発電装置として堅牢性を向上できる。筐体の材質は特に限定されるものではないが、磁性材料である炭素鋼やフェライト系ステンレス等（ＳＵＳ４３０等）やマルテンサイト系ステンレス等（ＳＵＳ４２０Ｊ２等）を用いることで、磁気シールドの効果を得ることができ、外的な磁気の影響を低減することができる。

（作用）
本実施形態の発電素子は、磁束の変化をコイルによって電圧に変換する電磁誘導方式の発電素子の一種である。電磁誘導では以下の（式１）に従い起電力Ｖが生じる。
Ｖ＝Ｎ×ΔΦ／Δｔ・・・（式１）

ここで、Ｎはコイル１０５の巻き数、ΔΦは時間Δｔでのコイル内の磁束の変化量である。なお、コイルの巻き数は多い方が起電力は大きくなるが、仮に同じ体積で巻き数を増やそうとするとコイルの線径を小さくする必要があり、結果として、コイルの抵抗が大きくなってしまう。この場合、実際に回路等で利用できる電力は小さくなる。すなわち、実際に回路等で利用できる電力を大きくするためには、コイルの体積を大きくできるような構成が重要である。

本実施形態の発電素子１００は、磁束の変化ΔΦを逆磁歪現象によって生じさせる発電素子である。逆磁歪現象とは、応力に応じて透磁率が変化する現象である。しかしながら、この透磁率の変化は、磁場が小さい場合は、磁区を磁場方向にそろえるためにエネルギーが消費されるため、透磁率の変化としては小さい。さらに大きな磁場が印加されると磁区方向がそろい、磁化が変化しやすくなるため透磁率の変化が大きくなる。より大きな磁場が印加されると、磁気的に飽和してしまうため、透磁率の変化は小さくなる。そのため、磁歪材料に適切な磁場が印加されていない場合は透磁率の変化は非常に小さなものとなる。従って、適切な磁場を磁歪材料に印加しておく必要がある。また、前記理由から適切な磁場とは大きければよいというものではないため、磁歪材料には均一に磁場を印加する必要がある。さらに、透磁率の変化の結果生じた磁束の変化をコイル外に誘導するための磁性体も必要となる。

ここで、図２を用いて、本実施形態の作用について詳説する。

図２（ａ）は、逆磁歪現象によって発電する発電素子の磁歪板を通過する磁束密度の大きさと向きを矢印とその太さによって模式的に図示した断面模式図である。図２（ｂ）は、本実施形態の一例である図１に示す発電素子１００の磁束密度の大きさと向きを、矢印とその太さによって模式的に図示した断面模式図である。

図２（ａ）では、磁性板１０８の存在のため、第１の磁場発生部で磁性板側の領域に磁束が漏れ出る。一方、第２の磁場発生部付近では、磁性板と磁歪板は接着していないため、磁性板と磁歪板間の磁気抵抗が大きくなり、磁歪板外への漏れは小さくなる。従って、第２の磁石１０４付近に比べて、第１の磁石１０３付近の磁束密度は小さくなり、結果として、磁歪板内の磁束密度分布は不均一になる。このように、逆磁歪発電においては、各種構造物によって磁歪板内の磁束密度分布は不均一となっている。

一方、本実施形態の図２（ｂ）のように磁力の異なる磁場発生部を複数設置することにより磁束密度分布を均一化でき、発電量を向上できる。

すなわち、本実施形態の発電素子１００は、透磁率の変化の結果生じた磁束の変化をコイル１０５外へ誘導しながらも、均一な磁場を磁歪材料に印加できる。

さらに、上述の実施形態の発電素子を用いれば、既存の磁歪発電機よりも大きな発電量が得られるため、発電機の小型化が可能である。したがって、これまで設置が困難であったような大きさの機器の発電機として特に有効である。例えば、携帯機器等のための発電機として用いることができる。また、振動を発生するような産業機器や事務機、医療機、または自動車や鉄道車両、航空機、重機、船舶などに設置することで、ＩｏＴ機器を含む各種機器の電力源として用いることも期待できる。なお本発明は、発電機の性能を向上することができるため、上記で記載した分野以外の幅広い分野での応用が可能である。

（変形例１）
本実施形態では、第１の磁場発生部と第２の磁場発生部のそれぞれに含まれる磁石の大きさを変えることにより、第１の磁場発生部の方が磁力の強い状態を実現した。

しかしながら、図４のように第１の磁場発生部を複数の磁石で構成することによっても、本実施形態の効果は得られる。

より具体的には、磁石４０３ａの磁化方向に対して略直交するように磁化方向が傾いており、かつ磁石４０３ｂと磁石４０３ｃが逆極の関係となるように磁石４０３ｂと磁石４０３ｃを磁歪部１０２に固定する。また、磁石４０３ｂと磁石４０３ｃの磁歪部１０２に固定されている面と対向する面に磁性材料を固定する。すなわち、磁石４０３ｂは、磁歪部における第１の磁石が固定された面と略直交する面に固定され、且つ磁歪部に固定された面と対向する面に磁性材料が固定されている第３の磁石に相当する。また、磁石４０３ｃは、磁歪部１０２における第１の磁石が固定された面と略直交する面に、第３の磁石とは異なる磁極面が固定され、且つ磁歪部に固定された面と対向する面に磁性材料が固定されている第４の磁石に相当する。

上記によれば、第１の磁場発生部を複数の磁石から構成することにより、磁歪板内の磁束密度分布を均一化でき、発電量を向上できる。より具体的には、例えば、図４のように第１の磁場発生部を複数の磁石で構成することにより磁束密度分布を均一化できる。

（変形例２）
本実施形態では、第１の磁場発生部と第２の磁場発生部のそれぞれに含まれる磁石の大きさを変えることにより、第１の磁場発生部の方が磁力の強い状態を実現した。

しかしながら、図８のように磁石をコイルの一方の側のみに配置する場合においても、本実施形態の効果は得られる。

例えば、本実施形態の一例である図８（ｂ）のように磁力の異なる磁場発生部を複数設置することで磁束密度分布を均一化でき、発電量を向上できる。具体的には、図８（ａ）では磁石７０４により生じる磁束は主に図の左右の経路を通る。一方、本実施形態の一例である図８（ｂ）では、磁力の異なる磁石７０３を配置することにより、磁石７０４の図９（ａ）右の経路の磁束が、図９（ｂ）の点線のような経路をとるようになる。

上記構成により、結果として、磁歪板１０４の磁束密度分布が均一化でき、発電量を向上できる。

以下に、具体的な実施例をあげて本発明を詳しく説明する。なお、本発明は下記の実施例の構成や形態に限定されるものではない。

［実施例１］
（発電素子の製造方法）
本実施例では、図３に示す発電素子を作製した。以下で各製造工程について図３（ａ）〜（ｆ）を参照して説明する。

図３（ａ）〜（ｆ）の各図の上図はそれぞれ上面模式図、及び下図は上面模式図で図示されているＡ−Ｂ線の断面模式図である。

まず、連結板１０１として厚さ１．０ｍｍ、幅１６ｍｍ、長さ３５ｍｍのばね用のオーステナイト系ステンレスであるＳＵＳ３０４−ＣＳＰを用い、保持用板３０１として、厚さ１．０ｍｍ、幅１６ｍｍ、長さ５ｍｍのＳＵＳ３０４を用いた。オーステナイト系ステンレスを用いた理由は非磁性金属であるため、磁歪板１０２ａと磁歪板１０２ｂ間の磁束漏れを軽減するためである。また、ばね材を用いた理由は発電性能に関連する発電素子の機械減衰が通常のステンレス材料を用いた場合よりも小さいことが検討の結果明らかになったためである［図３（ａ）］。

次に、磁歪板１０２ａ、磁歪板１０２ｂとして厚さ０．５ｍｍ、幅１５ｍｍ、長さ２５ｍｍの鉄‐ガリウム合金を用い、エポキシ系の接着剤によって連結板１０１と保持用板３０１と接着した。そののち、磁歪板の稜線のうち、連結板１０１と保持用板３０１に接している稜線についてレーザー溶接を行い接合した［図３（ｂ）］。

続いて、磁歪板、連結板に発電素子をボルトなどで固定するための保持用ネジ穴３０２を作製した。このネジ穴によって、様々な場所への設置が可能となる。本実施例の発電量評価では、光学定盤上にネジ穴の開いたスペーサーを設置し、前記スペーサーに前記保持用ネジ穴３０２を通してボルトで固定した［図３（ｃ）］。

次に、第１の磁石１０３として、厚さ１．０ｍｍ、幅１２ｍｍ、長さ２．０ｍｍのネオジム磁石を用い、第２の磁石１０４として、厚さ１．０ｍｍ、幅１２ｍｍ、長さ１．０ｍｍのネオジム磁石を用いた。第１の磁石１０３と第２の磁石１０４はそれぞれ図３（ｄ）に示すように磁化方向が逆になるように挿入し、挿入後エポキシ系接着剤によって磁歪板１０２ａと磁歪板１０２ｂの間に接着し固定した［図３（ｄ）］。

次にコイル１０５として、線径０．１ｍｍの銅線を用いた二千巻の空芯コイルを第１の磁石１０３ａと第１の磁石１０３ｂの間の領域に、磁歪板１０２ａと磁歪板１０２ｂを内包するように挿入し、電気絶縁ワニスによって固定した［図３（ｅ）］。

最後に、磁束変化を調整するための磁性体１０８ａ、磁性体１０８ｂとして、厚さ１．５ｍｍ、幅１５ｍｍ、長さ２５ｍｍの冷間圧延鋼板ＳＰＣＣを用い、ねじ穴３０２を通して固定した［図３（ｆ）］。

（発電素子の評価）
以上の様に作製した発電素子について、固定部を加振器により振動させ、コイル１０４に発生した開放電圧をオシロスコープで測定することにより発電性能の評価を行った。加振器により発生する周波数は１００Ｈｚ、振動加速度１Ｇとした。また、発電機の先端に固有周波数が１００Ｈｚとなるような錘を設置した。発電性能の定量的な指標として、オシロスコープで測定した電圧波形から以下の（式２）により発電量Ｐを計算したものを用いた。
Ｐ＝Σ（Ｖ（ｔ））^２／（４×Ｒ）×Δｔ／ｔ・・・（式２）

Ｖ（ｔ）はオシロスコープで測定した時間ｔにおける開放電圧、Ｒはコイルの電気抵抗、Δｔはオシロスコープの時間分解能、Σは時間ｔについて総和を取るという意味である。この発電量Ｐの式では、コイルのインダクタンスによる効果は除いているが、これは本実施例、及び比較例では同様の寸法のコイルを用いるため、相対的な比較が可能であるためである。上記の方法による測定、評価の結果、コイルの電気抵抗は１８０Ω、開放電圧の最大値は６．５Ｖ、発電量Ｐは（式２）から１３ｍＷであった。

［実施例２］
本実施例では、図４に示す発電素子を作製した。本実施例のように磁場発生部４０３を空間的に隔てた磁石４０３ａ、磁石４０３ｂ及び磁石４０３ｃの複数の磁石で構成し、かつ、磁石４０３ｂと磁石４０３ｃの磁極が逆極の関係になるように構成する。さらに磁石４０３ａ、磁石４０３ｂ及び磁石４０３ｃの磁極の関係が、磁歪板内で逆に磁場を生じるような位置関係とすることで、磁歪板１０２内の磁束密度分布が均一化され、発電量が向上することが期待できることが分かった。

製造方法については、実施例１と同様ではあるが、最終工程として、厚さ１ｍｍのＳＰＣＣの板４０３ｄにエポキシ樹脂で接着した磁石４０３ｂと磁石４０３ｃを図４で示す位置にエポキシ樹脂で接着する工程を追加し製造した。また、磁石４０３ａと磁石４０４は厚さ１．０ｍｍ、幅１２ｍｍ、長さ１．０ｍｍのネオジム磁石を用いた。さらに磁石４０３ｂと４０３ｃは厚さ１．５ｍｍ、長さ１．５ｍｍ、幅１２ｍｍのネオジム磁石を用いた。

（発電素子の評価）
以上の様に作製した発電素子について、実施例１と同様に発電性能の評価を行った。評価の結果、コイルの電気抵抗は１８０Ω、開放電圧の最大値は７Ｖ、発電量Ｐは１５ｍＷであった。

［実施例３］
本実施例では、図５に示す発電素子を作製した。製造方法は実施例２と同様であるが、磁石がコイルを基準として固定部側のみとして製造した。固定部側のみの製造とすることで、発電素子の小型化や簡素化が可能となるため、コスト低減等に有効である。各構成部材のサイズや種類、磁石の磁化方向等は実施例２と基本的に同様であるが、連結板１０１のみ材質をマルテンサイト系ステンレスであるＳＵＳ４２０Ｊ２とし、異なる材質を用いた。このような構成をとることで、自由端側の磁石を削減でき、プロセスを簡易化できる。

（発電素子の評価）
以上の様に作製した発電素子について、実施例１と同様に発電性能の評価を行った。評価の結果、コイルの電気抵抗は１８０Ω、開放電圧の最大値は５．５Ｖ、発電量Ｐは１０ｍＷであった。

［実施例４］
本実施例では、図６に示す発電素子を作製した。製造工程については、基本的に実施例１と同様であるが、磁石がコイルを基準として固定部側のみとして製造した。また、磁石６０４ａ、６０４ｂを設置するためのスリットを１０２ａと１０２ｂに設ける点、及び磁石６０３を厚さ１．０ｍｍ、幅１２ｍｍ、長さ１．０ｍｍのネオジム磁石とし、磁石６０４ａと６０４ｂを厚さ０．５ｍｍ、長さ０．５ｍｍ、幅１２ｍｍのネオジム磁石としている点が異なる。また、連結板１０１はマルテンサイト系ステンレスであるＳＵＳ４２０Ｊ２とし、実施例１とは異なる材質を用いた。

（発電素子の評価）
以上の様に作製した発電素子について、実施例１と同様に発電性能の評価を行った。評価の結果、コイルの電気抵抗は１８０Ω、開放電圧の最大値は６Ｖ、発電量Ｐは１２ｍＪであった。

［実施例５］
本実施例では、図７に示す発電素子を作製した。連結板７０１を厚さ１．０ｍｍのＳＵＳ４２０Ｊ２のコの字様の形状として用いた。また、磁石７０４は厚さ３ｍｍ、長さ７ｍｍ、幅７ｍｍのネオジム磁石、磁石７０３は厚さ４ｍｍ、長さ３ｍｍ、幅３ｍｍのネオジム磁石を用いた。磁石と連結板７０１の固定はエポキシ樹脂で接着を行った。

（発電素子の評価）
以上の様に作製した発電素子について、実施例１と同様に発電性能の評価を行った。評価の結果、コイルの電気抵抗は１８０Ω、開放電圧の最大値は５Ｖ、発電量Ｐは８ｍＪであった。

［比較例１］
本比較例では、図１の実施例１や図４の実施例２の発電素子と異なり、同一の第１の磁石１０３と第２の磁石１０４のみを有する発電素子を作製した。磁石は、厚さ１．０ｍｍ、幅１２ｍｍ、長さ１．０ｍｍのネオジム磁石を用いた。

（発電素子の評価）
以上の様に作製した発電素子について、実施例１と同様に発電性能の評価を行った。評価の結果、コイルの電気抵抗は１８０Ω、開放電圧の最大値は６Ｖ、発電量Ｐは８ｍＪであった。

［比較例２］
本比較例では、図５の実施例３や図６の実施例４の発電素子と異なり、一つの磁石のみを有する発電素子を作製した。磁石のサイズは、厚さ１．０ｍｍ、幅１２ｍｍ、長さ１．０ｍｍとした。

（発電素子の評価）
以上の様に作製した発電素子について、実施例１と同様に発電性能の評価を行った。評価の結果、コイルの電気抵抗は１８０Ω、開放電圧の最大値は６Ｖ、発電量Ｐは８ｍＪであった。

［比較例３］
本比較例では、図７の実施例５の発電素子と異なり、磁石７０３を有さない発電素子を作製した。

（発電素子の評価）
以上の様に作製した発電素子について、実施例１と同様に発電性能の評価を行った。評価の結果、コイルの電気抵抗は１８０Ω、開放電圧の最大値は３Ｖ、発電量Ｐは３ｍＪであった。

本発明の実施形態及び実施例について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。本発明は技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施形態において挙げた数値、構成要素はあくまでも一例に過ぎない。必要に応じてこれと異なる数値、構成要素を用いても良い。

１００ 発電素子
１０１ 連結板
１０２ａ 第１の磁歪板
１０２ｂ 第２の磁歪板
１０３ 第１の磁石
１０４ 第２の磁石
１０５ コイル
１０６ 非磁性領域
１０７ 保持部
１０８ａ 第１の磁性板
１０８ｂ 第２の磁性板

Claims (17)

1. 長手方向における一端が固定された磁歪材料を備え、前記磁歪材料に力を印加することにより発電する発電素子であって、
   前記磁歪材料を含む磁歪部と、
   磁性材料を含み、少なくとも一部の面が前記磁歪部に固定された磁性部と、
   前記磁歪材料の少なくとも一部を内包するコイルと、
   前記コイルを挟むように磁歪部に固定された、磁場を発生させる第１の磁場発生部及び第２の磁場発生部と、
   を備え、
   前記磁歪部、前記磁性部、前記コイル、前記第１の磁場発生部及び前記第２の磁場発生部は磁気回路を構成し、前記第１の磁場発生部と前記第２の磁場発生部のうち、前記固定された一端に近い前記第１の磁場発生部から発生する磁場の方が大きいことを特徴とする発電素子。
2. 前記第１の磁場発生部は、第１の磁石を含み、
   前記第２の磁場発生部は、第２の磁石を含み、
   前記第１の磁石と、前記第２の磁石とは互いに異なる磁極面が前記磁歪部の同一面に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の発電素子。
3. 前記第１の磁石に較べ、前記第２の磁石の磁力が弱いことを特徴とする請求項２に記載の発電素子。
4. 前記第１の磁場発生部は、前記第１の磁石の磁化方向と略直交する磁化方向を有する第３の磁石をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発電素子。
5. 前記第３の磁石は、前記磁歪部における前記第１の磁石が固定された面と略直交する面に固定され、且つ前記磁歪部に固定された面と対向する面に磁性材料が固定されていることを特徴とする請求項４に記載の発電素子。
6. 前記第１の磁場発生部は、前記第１の磁石の磁化方向と略直交する磁化方向を有する第４の磁石をさらに含み、前記第４の磁石は、前記磁歪部における前記第１の磁石が固定された面と略直交する面に、前記第３の磁石とは異なる磁極面が固定され、且つ前記磁歪部に固定された面と対向する面に磁性材料が固定されていることを特徴とする請求項４または５に記載の発電素子。
7. 前記磁歪部は、第１の磁歪板と第２の磁歪板を含み、前記第１の磁場発生部及び前記第２の磁場発生部の少なくとも一部は、前記第１の磁歪板と前記第２の磁歪板の間に配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の発電素子。
8. 前記磁性部と、前記第１の磁場発生部及び前記第２の磁場発生部は前記磁歪部の互いに対向する面にそれぞれ固定されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の発電素子。
9. 長手方向における一端が固定された磁歪材料を備え、前記磁歪材料に力を印加することにより発電する発電素子であって、
   前記磁歪材料を含む磁歪部と、
   磁性材料を含み、少なくとも一部の面が前記磁歪部に固定された磁性部と、
   前記磁歪材料の少なくとも一部を内包するコイルと、
   前記コイルを隔てて前記磁歪部の前記固定された一端側に配置された、第１の磁石と、前記第１の磁石の磁化方向と略直交する磁化方向を有する第３の磁石とを含む磁場発生部と、
   を備えることを特徴とする発電素子。
10. 前記磁性部と、前記第１の磁場発生部及び前記第２の磁場発生部は前記磁歪部の互いに対向する面にそれぞれ固定されていることを特徴とする請求項９に記載の発電素子。
11. 前記磁歪部は、第１の磁歪板と第２の磁歪板を含み、前記第１の磁場発生部及び前記第２の磁場発生部の少なくとも一部は、前記第１の磁歪板と前記第２の磁歪板の間に配置されていることを特徴とする請求項９または１０に記載の発電素子。
12. 前記第１の磁石の磁化方向と略直交する磁化方向を有する磁石は、前記磁歪部における前記第１の磁石が固定された面と略直交する面に固定され、且つ前記磁歪部に固定された面と対向する面に磁性材料が固定されていることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の発電素子。
13. 外力を受けて振動する保持板をさらに備え、
    前記保持板の一端は、前記磁歪部に固定されていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の発電素子。
14. 請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の発電素子を有し、前記発電素子に力を印加する機構を有する発電装置。
15. 請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の発電素子を有し、前記発電素子が地動加振から振動する機構を有する発電装置。
16. 請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の発電素子を有し、前記発電素子を収める筐体を有する発電装置。
17. 前記筐体が磁性材料であることを特徴とする請求項１６に記載の発電装置。

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