JP2023005086A - Magnetostrictive element - Google Patents
Magnetostrictive element Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023005086A JP2023005086A JP2021106784A JP2021106784A JP2023005086A JP 2023005086 A JP2023005086 A JP 2023005086A JP 2021106784 A JP2021106784 A JP 2021106784A JP 2021106784 A JP2021106784 A JP 2021106784A JP 2023005086 A JP2023005086 A JP 2023005086A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetostrictive element
- magnetostrictive
- shape
- curved shape
- longitudinal direction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 5
- 238000010248 power generation Methods 0.000 abstract description 20
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 229910000808 amorphous metal alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
本発明は、磁歪素子に関する。 The present invention relates to magnetostrictive elements.
従来から磁歪素子を発電素子として用いることが知られている。磁歪素子（磁歪板又は磁歪棒）は、片持ち梁又は両持ち梁として固定され、ストレート状に形成され、その周りに、電力を取り出すためのコイルが配置されて、磁歪発電素子を構成することが一般的である。 It has been known to use a magnetostrictive element as a power generation element. A magnetostrictive element (magnetostrictive plate or magnetostrictive rod) is fixed as a cantilever beam or a double-supported beam and formed in a straight shape, and a coil for extracting electric power is arranged around it to constitute a magnetostrictive power generating element. is common.
例えば、特許文献１には、Ｕ字型のフレーム（同文献には、フレームヨークと記載。）と、フレームに取り付けられたストレート状の磁歪素子（同文献には、磁歪板と記載。）と、フレーム及び磁歪素子の周囲に巻回されたコイルと、を備える磁歪発電素子が開示されている。
この磁歪発電素子は、フレームの先端に錘等の振動時の共振周波数を調整可能な部品を備える。この磁歪発電素子に外力が加わることによって振動が生じた場合に、錘が上下に振動し、鉄ガリウム合金又は鉄コバルト合金で形成された磁歪素子が設けられたＵ字型のフレームの根本部分（Ｕ字の底部）が撓むと同時に、フレームの先端の振幅が大きくなり、周囲の磁場を変化させる。その変化した磁場によって、コイル内に電流が誘起されて発電がなされることになる。
For example,
This magnetostrictive power generation element has a part such as a weight at the tip of the frame that can adjust the resonance frequency during vibration. When an external force is applied to the magnetostrictive power generating element to vibrate, the weight vibrates up and down, and the root portion ( At the same time as the bottom of the U bends, the amplitude at the tip of the frame increases, altering the surrounding magnetic field. The changed magnetic field induces a current in the coil to generate electricity.
また、特許文献２には、両持ち梁状態で固定された磁歪素子（同文献には、磁歪棒と記載。）を有する発電装置が開示されている。この発電装置には、ストレート棒状の磁歪素子の両端が固定され、その周囲にコイルが巻回されている。そのため、振動を受けた場合、磁歪素子の固定されている部分があまり曲がらないが、中心部分の移動距離が大きくなり、周囲の磁場を変化させる。このため、コイル内に電流が誘起される。 Moreover, Patent Document 2 discloses a power generator having a magnetostrictive element (described as a magnetostrictive bar in the document) fixed in a state of a beam supported on both sides. Both ends of a straight rod-shaped magnetostrictive element are fixed to this power generator, and a coil is wound around it. Therefore, when subjected to vibration, the portion where the magnetostrictive element is fixed does not bend very much, but the moving distance of the central portion increases, changing the surrounding magnetic field. This induces a current in the coil.
しかし、従来の磁歪素子に関して、Ｕ字型、片持ち、両持ちなどの構造においては、外部から振動を受けたときに、固定箇所近傍、又は不動部分近傍に、大きな荷重がかかることになる。そして、構造力学上、せん断力は、固定箇所からの距離が離れるにつれ、二次関数的に単純減少する。 However, regarding conventional magnetostrictive elements, in a U-shaped, cantilevered, or double-supported structure, a large load is applied to the vicinity of the fixed portion or the vicinity of the non-moving portion when subjected to external vibration. In terms of structural mechanics, the shear force simply decreases quadratically as the distance from the fixed point increases.
つまり、固定箇所近傍においては、磁歪材料のせん断ひずみが大きく、固定箇所から離れれば離れるほど、磁歪材料の変位は大きくなるが、せん断ひずみが小さくなる。言い換えれば、固定箇所から離れるほど、磁場変化への寄与が少なくなり、発電量及び効率が小さくなるともいえる。
すなわち、長手方向に延在する磁歪素子において、その固定部位又は不動部位の近傍ほど発電力が高いが、離間するほど発電力が弱くなるという問題があった。
That is, the shear strain of the magnetostrictive material is large in the vicinity of the fixing point, and the displacement of the magnetostrictive material increases as the distance from the fixing point increases, but the shear strain decreases. In other words, it can be said that the farther away from the fixing point, the less the contribution to the magnetic field change, and the smaller the power generation amount and efficiency.
That is, in the magnetostrictive element extending in the longitudinal direction, there is a problem that the closer the fixed portion or the immovable portion is, the higher the generated power is, but the farther away, the weaker the generated power is.
特許文献１においては、ストレート状の磁歪素子が振動する際、自由端のせん断ひずみは屈曲箇所よりはるかに小さく、発電に寄与する分も小さくなる。
特許文献２においては、ストレート棒状の磁歪素子が外部から振動を受ける際、磁歪素子の両端部のせん断ひずみは大きいが、その中心の位置におけるせん断ひずみは相対的に小さくなる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、全体的に発電効率が高い磁歪素子を提供することを目的とする。
In
In Patent Document 2, when a straight rod-shaped magnetostrictive element receives external vibration, the shear strain at both ends of the magnetostrictive element is large, but the shear strain at the center position is relatively small.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a magnetostrictive element with high power generation efficiency as a whole.
本発明に係る磁歪素子は、長手形状を有し、長手方向に対する交差方向に振動させて逆磁歪効果を発生させる磁歪素子であって、
前記長手形状の長手方向に沿って、少なくとも一部に、前記交差方向に湾曲する湾曲形状が複数周期で形成されていることを特徴とする。
A magnetostrictive element according to the present invention is a magnetostrictive element that has a longitudinal shape and vibrates in a direction that intersects the longitudinal direction to generate an inverse magnetostrictive effect,
A curved shape curved in the intersecting direction is formed in a plurality of cycles along at least a part of the longitudinal shape along the longitudinal direction.
本発明によれば、全体的に発電効率が高い磁歪素子を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a magnetostrictive element with high power generation efficiency as a whole.
以下、本発明の実施形態に係る磁歪素子について説明する。
なお、本実施形態で用いる図面は、本発明の磁歪素子の構成、形状、磁歪素子を構成する各部材の配置を例示するものであり、本発明を限定するものではない。
また、図面は、磁歪素子の長さ、幅、高さといった寸法比を必ずしも正確に表すものではない。
また、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。
A magnetostrictive element according to an embodiment of the present invention will be described below.
The drawings used in the present embodiment illustrate the configuration and shape of the magnetostrictive element of the present invention, and the arrangement of each member constituting the magnetostrictive element, and do not limit the present invention.
Also, the drawings do not necessarily accurately represent the dimensional ratios such as the length, width, and height of the magnetostrictive element.
Moreover, in all the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted as appropriate.
＜概要＞
まず、本実施形態に係る磁歪素子１の概要について主に図１及び図２を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る片持ち梁状の磁歪素子１を示す側面図、図２は、片持ち梁状の磁歪素子１が振動したときのイメージ図である。
<Overview>
First, the outline of the
本実施形態に係る磁歪素子１は、長手形状を有し、長手方向に対する交差方向に振動させて逆磁歪効果を発生させるものである。
磁歪素子１は、長手形状の長手方向に沿って、少なくとも一部に、長手方向に対する交差方向に湾曲する湾曲形状１ｂが複数周期で形成されている。
本書における「湾曲」は、緩やかに曲がった形状の他に、鋭角に曲がった「屈曲」を含むものとする。
磁歪素子１が板状の場合においては、交差方向は面直方向であり、ワイヤ状の場合においては、交差方向は長手方向に交差する任意方向をいうものとする。さらに、面直方向は、磁歪素子１の長手方向及び幅方向の両方に対して直交する方向をいうものとする。
「複数周期」とは、「複数の同じ周期」と「複数の異なる周期」とを含む。
The
The
"Curved" in this document includes not only gently curved shapes but also sharply curved "bends".
When the
"Multiple cycles" includes "multiple same cycles" and "multiple different cycles".
上記構成によれば、長手方向に撓みやすくなるポイントを周期的に複数設けることで、逆磁歪効果による発電効率を高めることができる。
なお、磁歪素子１に振動を付与する振動源としては、使用者が直に先端を押す方法や、乗り物の振動を利用するものであってもよい。
According to the above configuration, by periodically providing a plurality of points where it is easy to bend in the longitudinal direction, it is possible to increase the power generation efficiency due to the inverse magnetostriction effect.
As a vibration source for imparting vibration to the
＜片持ち梁状の構成＞
磁歪素子１に形成された湾曲形状１ｂは、図１及び図２に示すように、長手方向及び交差方向に直交する方向から見て波形に形成されている。
本実施形態に係る磁歪素子１においては、水平方向を長手方向としており、その交差方向は鉛直方向であり、これらに直交する方向はから見ることは、側面視においてという意味である。
しかし、このような構成に限定されず、他の構成であってもよい。
<Structure of Cantilever Beam>
As shown in FIGS. 1 and 2, the
In the
However, it is not limited to such a configuration, and other configurations may be used.
上記構成の磁歪素子１は、従来のストレート形状の磁歪素子に比べて、他の装置９０への固定箇所（固定部１ａ）から離れる（右側にある）先端でも、長手方向を沿って伸びながら、振幅方向において大きく変形することができる。そのため、素子全体の発電力を高めることを実現できる。
つまり、湾曲形状１ｂが波形に形成されていることで、波の各屈曲部分で縦ひずみ及びせん断ひずみを生じさせやすくすることができ、全体としての逆磁歪効果による発電効率を高めることができる。
Compared to a conventional straight-shaped magnetostrictive element, the
In other words, since the
＜両持ち梁状の構成＞
次に、両持ち梁状の磁歪素子１について、図３及び図４を参照して説明する。
図３は、両持ち梁状の磁歪素子１を示す側面図、図４は、両持ち梁状の磁歪素子１が振動したときのイメージ図である。
図４に示すように、磁歪素子１が振動すると、波形を構成する山頂部分と山底部分の節部分で折れ曲がりやすくなる。
また、図３及び図４に示すように、両持ち梁状の構成である場合、磁歪素子１が他の装置９０への両端部の固定箇所（固定部１ａ）から中心位置に向けて大きく伸びながら上下方向に変形している。このため、従来の磁歪素子に比べて、固定箇所から最も離れる中心位置も大きく変形させることができ、発電効率を高めることもできる。
<Double supported beam configuration>
Next, the
FIG. 3 is a side view showing the
As shown in FIG. 4, when the
Further, as shown in FIGS. 3 and 4, in the case of a double-supported beam configuration, the
＜一方の面のみ波形である構成＞
次に、一方の面のみ波形である磁歪素子１０について、図５を参照して説明する。
図５は、一方の面のみ波形（湾曲形状１０ｂ）に形成された磁歪素子１０を示す側面図である。
磁歪素子１０は、一方の面（上面）のみ波打つように湾曲形状１０ｂとなっており、他方の面（下面）は、平面１０ａである。
つまり、磁歪素子１０は、長手方向の異なる位置で、厚みが異なることで、波形に形成されている。
<Structure in which only one surface is corrugated>
Next, the
FIG. 5 is a side view showing the
The
That is, the
磁歪素子１、１０の湾曲形状１ｂ、１０ｂが波形に形成されていることによって、外力が付与されたときに波形の湾曲部分にひずみを生じさせやすくなる。そのため、従来のストレート形状の磁歪材料に比べて、逆磁歪効果による発電効率を高くすることができる。
Since the
また、上記のように、湾曲形状１ｂ、１０ｂが円弧状の波形であるため、外力を受ける際、円心方向の成分と接線方向の成分に外力を分解することができる。このため、外力が付与されたときに振動する自由端においては、外力の接線方向の成分により磁歪素子１及び磁歪素子１０が伸張しやすくなる。
すなわち、本実施形態に係る磁歪素子１及び磁歪素子１０においては、従来のストレート形状の磁歪素子に比べて小さな力でも長尺方向に変形させやすくなる。
Further, as described above, since the
That is, the
＜コイル状の構成＞
次に、コイル状の磁歪素子２０について、図６を主に参照して説明する。
図６は、コイル状の磁歪素子２０を示す側面図である。
<Coil configuration>
Next, the coil-shaped
FIG. 6 is a side view showing the coil-shaped
磁歪素子２０の湾曲形状２０ａは、コイル状に形成されている。本実施形態に係る磁歪素子２０においては、すべてが湾曲形状２０ａで形成されている（コイル状に形成されている）ものである。なお、磁歪素子２０は、一部のみコイル状に形成されているものであってもよい。
特に、磁歪素子２０は、コイル状に形成可能な例えばアモルファス合金で形成されている。
上記構成によれば、磁歪素子２０がコイル状に形成されていることで、振動が付与された際に長手方向の縦ひずみ及びせん断ひずみを大きくすることができ、発電効率を高めることができる。
A
In particular, the
According to the above configuration, since the
＜螺旋状の帯形状の構成＞
次に、螺旋状の磁歪素子３０について、図７を主に参照して説明する。
図７は、螺旋状の帯形状の磁歪素子３０を示す側面図である。
<Structure of Spiral Belt Shape>
Next, the spiral
FIG. 7 is a side view showing the spiral belt-shaped
本実施形態に係る磁歪素子３０の湾曲形状３０ｂは、長手方向を巻き軸方向とする螺旋状（の帯形状）に形成されている。本実施形態に係る磁歪素子３０においては、すべてが湾曲形状３０ｂで形成されている（螺旋状の帯形状に形成されている）ものである。なお、磁歪素子３０は、一部のみ螺旋状（の帯形状）に形成されているものであってもよい。
上記構成によれば、磁歪素子３０が振動したときに、螺旋状であることで長手方向に伸縮することで、長手方向のひずみを大きくすることができ、発電効率を高めることができる。
The
According to the above configuration, when the
＜Ｕ字型の構成＞
次に、Ｕ字型の磁歪素子４０、４１、４２について、図８から図１０を主に参照して説明する。
図８は、Ｕ字型に形成された磁歪素子４０を示す側面図、図９は、自由端部４０ｄ側において一方の面のみ波形に形成された磁歪素子４１を示す側面図、図１０は折返し部４０ｅも波形に形成されている磁歪素子４２を示す側面図である。
<U-shaped configuration>
Next, the U-shaped
FIG. 8 is a side view showing a
本実施形態に係る磁歪素子４０は、Ｕ字型に屈曲して形成されており、固定端部４０ｃと、自由端部４０ｄと、固定端部４０ｃと自由端部４０ｄとに接続された折返し部４０ｅと、を有する。
波形（湾曲形状４０ｂ）は、自由端部４０ｄが形成されている側に形成されている。
具体的には湾曲形状４０ｂは、固定端部４０ｃに近接又は離間する方向（上下方向）に波打つように形成されている。
The
The corrugation (
Specifically, the
上記構成によれば、自由端部４０ｄ側に波形（湾曲形状４０ｂ）が形成されていることで、振動時に波形部分を振動させることができ、波の各屈曲部分で縦ひずみ及びせん断ひずみを生じさせやすくすることができ、効率的に発電することができる。
According to the above configuration, since the waveform (
図９に示す磁歪素子４１においては、波形の湾曲形状４１ｂが、自由端部４０ｄにおける固定端部４０ｃとの対向面側にのみ形成されている。
このような構成であっても、自由端部４０ｄにおける肉厚を軸線方向の位置で異ならせることができる。このため、磁歪素子４０と同様に、振動時に波形部分を振動させることができ、波の各屈曲部分で縦ひずみ及びせん断ひずみを生じさせやすくすることができ、効率的に発電することができる。
In the
Even with such a configuration, the thickness of the
図１０に示す磁歪素子４２においては、波形（湾曲形状４２ｂ）は、折返し部４０ｅにも形成されている。
上記構成によれば、折返し部４０ｅに生じるひずみを大きくして、発電効率を高めることができる。
In the
According to the above configuration, it is possible to increase the strain generated in the folded
なお、図１０に示す磁歪素子４２においては、折返し部４０ｅにおける波形の周期が、自由端部４０ｄにおける波形の周期よりも短い。
このような構成によれば、湾曲していることによって振動時にせん断応力が生じる方向が細かく変わる折返し部４０ｅに合わせて、せん断ひずみを生じさせやすくすることができ、効率的に発電することができる。
しかしながら、このような構成に限定されず、自由端部４０ｄにおける波形の周期と折返し部４０ｅにおける波形の周期とは同じ周期で形成されていてもよい。
In the
According to such a configuration, it is possible to easily generate shear strain in accordance with the
However, it is not limited to such a configuration, and the period of the waveform at the
＜螺旋溝を有する構成＞
次に、螺旋溝５０ｃを有する磁歪素子５０について、図１１を主に参照して説明する。
図１１は、螺旋溝５０ｃが形成された磁歪素子５０を示す側面図である。
<Structure with Spiral Groove>
Next, the
FIG. 11 is a side view showing the
磁歪素子５０において、湾曲形状５０ｂは、長手方向を巻き軸方向とする螺旋状の溝（螺旋溝５０ｃ）によって形成されている。
具体的には、磁歪素子５０は、磁歪材料からなる丸棒の外周面に対して、周回するように螺旋溝５０ｃを加工することによって形成されている。
上記構成によれば、磁歪素子５０の肉厚を局所的、かつ、長手方向に均等に薄くすることができ、長手方向のひずみを大きくすることができ、発電効率を高めることができる。
In the
Specifically, the
According to the above configuration, the thickness of the
また、上記の実施形態においては、磁歪素子４２を除いて、磁歪素子１、１０、２０、３０、４０、４１の湾曲形状１ｂ、１０ｂ、２０ａ、３０ｂ、４０ｂ、４１ｂそれぞれの振幅及び周期がすべて均一である。
しかしながら、本発明はこのような構成に限定されない。
Further, in the above embodiment, except for the
However, the invention is not limited to such a configuration.
＜振幅が異なる構成＞
磁歪素子において、長手方向において満遍なく発電させる（ひずみを生じさせて磁束を変化させる）ためには、根本部分（固定箇所）に比べて、根本から離れる箇所でひずみが生じやすい形状にすると好適である。換言すると、素子全体で満遍なく発電させるために、大きな応力が加わる箇所で変形しにくくし、小さな応力が加わる箇所で変形しやすくする構造であると好適である。
<Configuration with different amplitude>
In the magnetostrictive element, in order to uniformly generate power in the longitudinal direction (change the magnetic flux by generating strain), it is preferable to have a shape in which strain is more likely to occur at a location away from the root than at the root (fixed location). . In other words, in order to uniformly generate power in the entire element, it is preferable to have a structure that makes it difficult to deform where a large stress is applied and makes it easy to deform where a small stress is applied.
この点を踏まえ、異なる振幅の湾曲形状を有する磁歪素子６０、６１について、図１２及び図１３を主に参照して説明する。
図１２は、振幅の異なる片持ち梁状の磁歪素子６０を示す側面図、図１３は、振幅の異なる両持ち梁状の磁歪素子６１を示す側面図である。
Based on this point, the
FIG. 12 is a side view showing a cantilevered
図１２に示す片持ち梁状の磁歪素子６０は、他の装置への固定部６０ａを一方の端部に有する。固定部６０ａの近傍にある第１位置における湾曲形状の振幅Ａ１は、第１位置よりも固定部６０ａから長手方向に離間した第２位置における湾曲形状の振幅Ａ２よりも大きい。
同様に、図１３に示す両持ち梁状の磁歪素子６１は、他の装置への固定部６１ａを両端部に有する。固定部６１ａの近傍にある第１位置における湾曲形状の振幅Ａ３は、第１位置よりも固定部６１ａから長手方向に離間した第２位置における湾曲形状の振幅Ａ４よりも大きい。
A cantilever-like
Similarly, a
このように、磁歪素子６０、６１は、同じ周期の下で、固定箇所（又は不動部位）から離れる部位において、振幅が小さくなる形状となっている。
ここで、「周期」とは、波形形状の周期をいい、振動時の振れの時間である振動周期とは異なる。ここで、「振幅」とは、波形形状の振幅をいい、振動時の振れの大きさである振動振幅とは異なる。
In this way, the
Here, the term "period" refers to the period of the waveform shape, and is different from the vibration period, which is the period of deflection during vibration. Here, the "amplitude" refers to the amplitude of the waveform shape, and is different from the vibration amplitude, which is the magnitude of vibration during vibration.
上記構成によれば、固定部６０ａ、６１ａ近傍でせん断ひずみが大きくなる第１位置が第２位置の振幅よりも大きな振幅の形状とすることで、第２位置でせん断ひずみ及び縦ひずみが生じやすくなり、逆磁歪効果により全体としての発電効率を高めることができる。
なお、両持ち梁状の磁歪素子６１においては、中央部に波の腹が位置する、換言すると中央部で波形の振幅が最大となると、外部から振動が加わったときに大きな振れが生じることになり好適である。
According to the above configuration, the first position where the shear strain is large near the fixed
In the doubly supported beam-like
＜周期が異なる構成＞
本実施形態に係る磁歪素子７０、７１は、上記の振幅が異なる構成の磁歪素子６０、６１と目的は同じであり、素子全体で満遍なく発電可能とするための異なる周期の湾曲形状を有するものである。
磁歪素子７０、７１について、図１４及び図１５を主に参照して説明する。図１４は、周期の異なる片持ち梁状の磁歪素子７０を示す側面図、図１５は、周期の異なる両持ち梁状の磁歪素子７１を示す側面図である。
<Configurations with different cycles>
The
The
図１４に示す片持ち梁状の磁歪素子７０は、他の装置への固定部７０ａを一方の端部に有する。固定部７０ａの近傍にある第１位置における湾曲形状の周期Ｔ１は、第１位置よりも固定部から離間した第２位置における湾曲形状の周期Ｔ２よりも大きい。
同様に、図１５に示す両持ち梁状の磁歪素子７１は、他の装置への固定部７１ａを両方の端部に有する。固定部７１ａの近傍にある第１位置における湾曲形状の周期Ｔ３は、第１位置よりも固定部７１ａから離間した第２位置における湾曲形状の周期Ｔ４よりも大きい。
A cantilever-like
Similarly, a doubly-supported
上記構成によれば、固定部７０ａ、７１ａ近傍でひずみが大きくなる第１位置の湾曲形状に対して第２位置の湾曲形状を小さな周期Ｔ２、Ｔ４とすることで、ひずみが生じやすくなり、全体としての発電効率を高めることができる。
According to the above configuration, by setting the cycles T2 and T4 of the curved shape at the second position to be smaller than the curved shape at the first position where the strain increases near the fixed
なお、両持ち梁状の磁歪素子７１においては、中央部に波の腹が位置する、換言すると中央部で波形の振幅が最大となると、外部から振動が加わったときに大きな振れが生じることになり好適である。
In the
＜波形についての他の構成＞
上記「波形」については、正弦波形に限らない。矩形波、三角波等であってもよい。特に、矩形波であると応力が集中する屈曲点が多く、プレス機で製造しやすいため好適である。また、波形が複数の鈍角で形成される台形形状から構成されるものであれば、折れにくく、耐久性の点で好適である。
例えば、図１６に示す磁歪素子８０のように、振動方向において一部が張出し、他の一部が窪んでいる構成であってもよい。
<Other Configurations of Waveforms>
The above "waveform" is not limited to a sinusoidal waveform. A rectangular wave, a triangular wave, or the like may be used. In particular, a square wave is preferable because it has many bending points where stress concentrates and is easy to manufacture with a press machine. Further, if the corrugations are formed in a trapezoidal shape with a plurality of obtuse angles, it is less likely to break and is suitable in terms of durability.
For example, like a
＜その他＞
上記の振幅が異なる構成、及び上記の周期が異なる構成を同時に採用することが可能である。すなわち、加工、取付、信頼性、又は製造コスト等の要因で、磁歪素子の振幅及び周期の変化を適宜に選択すると好適である。
また、図１２及び図１３の振幅を異ならせる構成、及び図１４及び図１５の周期を異ならせる構成については、図５から図１１の構成においても同様に適用することが可能である。
<Others>
It is possible to simultaneously employ the configurations with different amplitudes and the configurations with different periods. That is, it is preferable to appropriately select changes in the amplitude and period of the magnetostrictive element based on factors such as processing, mounting, reliability, and manufacturing costs.
12 and 13 with different amplitudes and the structure with different periods in FIGS. 14 and 15 can also be applied to the configurations of FIGS. 5 to 11 in the same manner.
さらに、磁歪素子が振動発電機、又は振動発電素子に用いられる場合、それぞれの固有振動数を有するので、どちらかの固有振動数に合わせて上記波形状素子の周期や振幅を調整して共振するようにすると好適である。
共振周波数を調整して、振動振幅のピーク値を高めて発電効率を高めるために、磁歪素子の自由端部に錘をつけてもよい。
Furthermore, when the magnetostrictive element is used as a vibration power generator or a vibration power generation element, it has its own natural frequency. It is preferable to
A weight may be attached to the free end of the magnetostrictive element in order to adjust the resonance frequency, increase the peak value of the vibration amplitude, and improve the power generation efficiency.
また、磁歪素子において、固定部近傍の位置の断面積よりも固定部から離間する位置の断面積を大きくするようにしてもよい。このような構成によれば、振動振幅が大きい位置に錘が配設されるのと同様の効果になってひずみが全体的に大きくなる。かつ、自由端側で磁歪材が増えることになるので磁歪量も増える。 Further, in the magnetostrictive element, the cross-sectional area at the position away from the fixed portion may be larger than the cross-sectional area at the position near the fixed portion. According to such a configuration, the strain is increased as a whole with the same effect as when the weight is arranged at the position where the vibration amplitude is large. In addition, since the amount of magnetostrictive material increases on the free end side, the amount of magnetostriction also increases.
また、上記実施形態に係る磁歪素子を用いる振動発電機（磁歪発電素子）においては、磁歪素子の周囲に直接コイルが巻回されるものであってもよい。しかしながら、磁歪素子の周囲に、コイルを巻回するための筒状の支持部材（例えばボビン）が設けられていると、磁歪素子の変形を阻害せず、またコイルを均一に巻回しやすくなるため好適である。 Further, in the vibration power generator (magnetostrictive power generating element) using the magnetostrictive element according to the above embodiment, a coil may be wound directly around the magnetostrictive element. However, if a cylindrical support member (for example, a bobbin) for winding the coil is provided around the magnetostrictive element, deformation of the magnetostrictive element is not hindered and the coil can be easily wound uniformly. preferred.
なお、本発明の磁歪素子に係る各種構成要素は、個々に独立した存在である必要はない。複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、ある構成要素が他の構成要素の一部であること、ある構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等を許容する。 It should be noted that the various constituent elements related to the magnetostrictive element of the present invention do not need to exist independently of each other. that a plurality of constituent elements are formed as one member, that one constituent element is formed of a plurality of members, that a certain constituent element is part of another constituent element, or that a certain constituent element is one It is permissible for a part and a part of another component to overlap, and so on.
上記実施形態は、以下の技術思想を包含するものである。
（１）
長手形状を有し、長手方向に対する交差方向に振動させて逆磁歪効果を発生させる磁歪素子であって、
前記長手形状の長手方向に沿って、少なくとも一部に、前記交差方向に湾曲する湾曲形状が複数周期で形成されていることを特徴とする磁歪素子。
（２）
前記湾曲形状は、前記長手方向及び前記交差方向に直交する方向から見て波形に形成されている（１）に記載の磁歪素子。
（３）
他の装置への固定部を有し、
前記固定部の近傍にある第１位置における前記湾曲形状の振幅は、前記第１位置よりも前記固定部から離間した第２位置における前記湾曲形状の振幅よりも大きい（２）に記載の磁歪素子。
（４）
前記磁歪素子は、Ｕ字型に屈曲して形成されており、固定端部と、自由端部と、前記固定端部と前記自由端部とに接続された折返し部と、を有し、
前記波形は、前記自由端部が形成されている側に形成されている（２）又は（３）に記載の磁歪素子。
（５）
前記波形は、前記折返し部にも形成されている（４）に記載の磁歪素子。
（６）
他の装置への固定部を有し、
前記固定部の近傍にある第１位置における前記湾曲形状の周期は、前記第１位置よりも前記固定部から離間した第２位置における前記湾曲形状の周期よりも大きい（２）から（５）のいずれか一項に記載の磁歪素子。
（７）
前記湾曲形状は、コイル状に形成されている（１）に記載の磁歪素子。
（８）
前記湾曲形状は、前記長手方向を巻き軸方向とする螺旋状に形成されている（１）に記載の磁歪素子。
The above embodiments include the following technical ideas.
(1)
A magnetostrictive element having a longitudinal shape and vibrating in a direction crossing the longitudinal direction to generate an inverse magnetostrictive effect,
A magnetostrictive element, wherein a curved shape curved in the intersecting direction is formed in a plurality of cycles along at least a part of the longitudinal direction of the longitudinal shape.
(2)
The magnetostrictive element according to (1), wherein the curved shape is wavy when viewed from a direction orthogonal to the longitudinal direction and the cross direction.
(3)
having a fixed part to another device,
The magnetostrictive element according to (2), wherein the amplitude of the curved shape at a first position near the fixed portion is larger than the amplitude of the curved shape at a second position farther from the fixed portion than at the first position. .
(4)
The magnetostrictive element is bent in a U-shape and has a fixed end, a free end, and a folded portion connected to the fixed end and the free end,
The magnetostrictive element according to (2) or (3), wherein the waveform is formed on the side where the free end is formed.
(5)
The magnetostrictive element according to (4), wherein the waveform is also formed in the folded portion.
(6)
having a fixed part to another device,
(2) to (5), wherein the period of the curved shape at a first position near the fixed part is greater than the period of the curved shape at a second position farther from the fixed part than at the first position; A magnetostrictive element according to any one of the items.
(7)
The magnetostrictive element according to (1), wherein the curved shape is formed in a coil shape.
(8)
The magnetostrictive element according to (1), wherein the curved shape is spirally formed with the longitudinal direction being the winding axis direction.
１ 磁歪素子
１ａ 固定部
１ｂ 湾曲形状（波形）
１０ 磁歪素子
１０ａ 平面
１０ｂ 湾曲形状（波形面）
２０ 磁歪素子
２０ａ 湾曲形状
３０ 磁歪素子
３０ｂ 湾曲形状
４０、４１、４２ 磁歪素子
４０ｂ、４１ｂ、４２ｂ 湾曲形状（波形）
４０ｃ 固定端部
４０ｄ 自由端部
４０ｅ 折返し部
５０ 磁歪素子
５０ｂ 湾曲形状
５０ｃ 螺旋溝
６０、６１ 磁歪素子
６０ａ、６１ａ 固定部
７０、７１ 磁歪素子
７０ａ、７１ａ 固定部
８０ 磁歪素子
９０ 他の装置
10
20
40c
Claims (8)
前記長手形状の長手方向に沿って、少なくとも一部に、前記交差方向に湾曲する湾曲形状が複数周期で形成されていることを特徴とする磁歪素子。 A magnetostrictive element having a longitudinal shape and vibrating in a direction crossing the longitudinal direction to generate an inverse magnetostrictive effect,
A magnetostrictive element, wherein a curved shape curved in the intersecting direction is formed in a plurality of cycles along at least a part of the longitudinal direction of the longitudinal shape.
前記固定部の近傍にある第１位置における前記湾曲形状の振幅は、前記第１位置よりも前記固定部から離間した第２位置における前記湾曲形状の振幅よりも大きい請求項２に記載の磁歪素子。 having a fixed part to another device,
3. The magnetostrictive element according to claim 2, wherein the amplitude of the curved shape at a first position near the fixed portion is greater than the amplitude of the curved shape at a second position farther from the fixed portion than at the first position. .
前記波形は、前記自由端部が形成されている側に形成されている請求項２又は３に記載の磁歪素子。 The magnetostrictive element is bent in a U-shape and has a fixed end, a free end, and a folded portion connected to the fixed end and the free end,
4. The magnetostrictive element according to claim 2, wherein the corrugation is formed on the side where the free end is formed.
前記固定部の近傍にある第１位置における前記湾曲形状の周期は、前記第１位置よりも前記固定部から離間した第２位置における前記湾曲形状の周期よりも大きい請求項２から５のいずれか一項に記載の磁歪素子。 having a fixed part to another device,
6. A period of the curved shape at a first position near the fixed part is greater than a period of the curved shape at a second position further away from the fixed part than at the first position. The magnetostrictive element according to item 1.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021106784A JP2023005086A (en) | 2021-06-28 | 2021-06-28 | Magnetostrictive element |
| PCT/JP2022/001300 WO2023276205A1 (en) | 2021-06-28 | 2022-01-17 | Magnetostrictive element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021106784A JP2023005086A (en) | 2021-06-28 | 2021-06-28 | Magnetostrictive element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023005086A true JP2023005086A (en) | 2023-01-18 |
Family
ID=84691081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021106784A Pending JP2023005086A (en) | 2021-06-28 | 2021-06-28 | Magnetostrictive element |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2023005086A (en) |
| WO (1) | WO2023276205A1 (en) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013123684A (en) * | 2011-12-15 | 2013-06-24 | Nikon Corp | Power generator and electronic device |
| JP2015154681A (en) * | 2014-02-18 | 2015-08-24 | 国立大学法人東北大学 | Power generation device and method, and electronic apparatus |
| JP2015220960A (en) * | 2014-05-21 | 2015-12-07 | ミツミ電機株式会社 | Power generator |
| US11980103B2 (en) * | 2018-10-19 | 2024-05-07 | National University Corporation Kanazawa University | Power generation element and actuator |
-
2021
- 2021-06-28 JP JP2021106784A patent/JP2023005086A/en active Pending
-
2022
- 2022-01-17 WO PCT/JP2022/001300 patent/WO2023276205A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023276205A1 (en) | 2023-01-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10770991B2 (en) | Vibrator manufacturing method | |
| KR20070007866A (en) | Diaphragm for a loudspeaker with a moving coil | |
| US7952258B2 (en) | Vibration-type actuator | |
| JP2020114619A (en) | System and method for micro-cantilever actuation by base excitation | |
| US7076079B2 (en) | Multi-functional actuator | |
| US20130241211A1 (en) | Power generator, electronic device, and power generating device | |
| JP2011217431A (en) | Vibration generator using blade spring and blade spring for vibration generators | |
| CN113727252A (en) | Application device | |
| WO2023276205A1 (en) | Magnetostrictive element | |
| JP5943423B2 (en) | Power generator | |
| JP6125344B2 (en) | Magnetostrictive vibration power generator | |
| JP6171991B2 (en) | Power generator | |
| CN211930861U (en) | Elastic component and application device | |
| JP2020532255A (en) | Ultrasonic resonance motor | |
| WO2020149265A1 (en) | Mems beam structure and mems vibration power generation element | |
| JP6991685B2 (en) | Vibration power generator | |
| JP2016077037A (en) | Power generation device, and design method for power generation device | |
| JP6426423B2 (en) | Edgewise coil and method of manufacturing the same | |
| WO2023026558A1 (en) | Magnetostrictive power generation element | |
| JP2017022958A (en) | Vibration power generation device | |
| JP6823762B2 (en) | Compression coil spring | |
| WO2024090231A1 (en) | Support component and speaker unit | |
| JP2017163818A (en) | Vibration power generating device | |
| KR102563403B1 (en) | Transformers and Transformer Arrays | |
| US11881349B2 (en) | Winding, a transformer and a transformer arrangement |