JP2023066755A - 磁石エレメント及び電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】今までにはない磁石エレメントを提供する。【解決手段】本実施形態の磁石エレメント２０は、磁石部２１が弾性樹脂製の支持体２２によって支持されているので、従来にはない磁石エレメント２０を提供することが可能となる。【選択図】図１

Description

本開示は、磁石エレメント及びその磁石エレメントを備える電気機器に関する。

従来より、発電機、センサー等の電気機器の要素部品となる磁石エレメントとして、磁石部を金属部材で支持したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

登実第３０５１７５８号（図１）

本開示では、今までにはない磁石エレメントを提供する。

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、磁石部と、前記磁石部を支持する弾性樹脂製の支持体と、を備える磁石エレメントである。

この一態様の磁石エレメントによれば、磁石部を弾性樹脂製の支持体で支持するという従来にはない磁石エレメントを提供することが可能となる。

本開示の第１実施形態に係る車両のサスペンションに取り付けられた状態の電気機器の断面図 電気機器の概念図 磁石エレメントの斜視図 （Ａ）圧縮変形前の磁石エレメントの断面図、（Ｂ）圧縮変形されているときの磁石エレメントの断面図 第３実施形態に係る電気機器における（Ａ）圧縮変形前の磁石エレメントの断面図、（Ｂ）圧縮変形されているときの磁石エレメントの断面図 第５実施形態に係る電気機器の回路図 電気機器の斜視図 電気機器の側断面図 第６実施形態に係る電気機器の回路図 第７実施形態の電気機器の概念図 第８実施形態の電気機器の断面図 第９実施形態の電気機器における（Ａ）圧縮変形前の磁石エレメントの断面図、（Ｂ）圧縮変形されているときの磁石エレメントの断面図 第１０実施形態の電気機器の斜視図 第１１実施形態の電気機器の斜視図 第１２実施形態の電気機器の断面図 第１３実施形態の電気機器の斜視図 試験装置の概念図 周波数と誘導起電力のグラフ 変形例に係る磁石エレメントの断面図 変形例に係る磁石エレメントの断面図

［第１実施形態］
図１～図４を参照して本開示の一実施形態に係る電気機器１００Ａについて説明する。図１及び図２に示されるように、本実施形態に係る電気機器１００Ａは発電機であって、車両６０のサスペンション６１に組付けられ、車両６０のバッテリー９０を充電するためのものである。

車両６０のサスペンション６１は、図１に示すように、ショックアブソーバ６２とサスペンションばね６３を有する。サスペンションばね６３は、ショックアブソーバ６２のシリンダ６５から外側に張り出した鍔状部６５Ｔと車体６０Ｂとの間に挟まれている。そして、本実施形態の電気機器１００Ａに含まれる磁石エレメント２０がショックアブソーバ６２のピストンロッド６４に嵌合されている。

なお、本実施形態では、車両６０として自動車を例示するが、例えば、二輪車や電車等の車両サスペンションに適用してもよい。また、自動車としては、例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車等の電動車両が挙げられる。

電気機器１００Ａは、電磁誘導コイル１２と、その電磁誘導コイル１２の内側に配置される磁石エレメント２０とを備える。電磁誘導コイル１２は、サスペンションばね６３の内側に収まる外径で且つ最長状態のピストンロッド６４と同じ又はそれより僅かに短い軸長の円筒状をなし、その一端部が車体６０Ｂに固定されている。また、電磁誘導コイル１２の１対のリード線１２Ａは、車体６０Ｂの内部に引き出されて整流部９１を介してバッテリー９０に接続されている（図２参照）。

磁石エレメント２０は、磁石部２１と、磁石部２１を支持する弾性樹脂製の支持体２２とを有する。支持体２２は、シリンダ６５と同程度の外径で且つ電磁誘導コイル１２の内側に隙間を介して嵌合される円筒状で、自然長状態で最長状態のピストンロッド６４より長い軸長となっている。また、支持体２２には、図３に示すように、外側面に複数の括れ部２２Ｋが形成されている。そして、支持体２２は、ピストンロッド６４に挿通されて圧縮された状態で両端面をシリンダ６５及び車体６０Ｂの各面に例えば、接着剤にて固定されている。支持体２２は、ショックアブソーバー６２が縮むと、シリンダ６５と車体６０Ｂとの間で圧縮変形され、車両６０のバウンドを抑える役割を果たす。なお、最短状態のピストンロッド６４は、最長状態のピストンロッド６４の例えば、略１／２の軸長になる。

なお、本実施形態の支持体２２は、断面円形に限らず、例えば、断面多角形であってもよい。また、支持体２２は、軸方向に均一な断面に限らず、例えば、軸方向の一方に向かって細くなっていく形状であってもよい。さらに、括れ部２２Ｋは、支持体２２の軸方向で等間隔に配置されていてもよいし、局所的に配置されていてもよい。また、括れ部２２Ｋは、複数に限らず、１つのみであってもよいし、また括れ部２２Ｋを設けなくてもよい。

支持体２２を形成している弾性樹脂は、発泡エラストマーであって、具体的には、ポリウレタンエラストマーの発泡体であり、連続気泡構造又は半連続気泡構造になっている。また、支持体２２の発泡倍率は、１．４～６倍になっている。なお、支持体２２は、ゴムの発泡体や、ポリオレフィン系樹脂等の熱可塑性樹脂の発泡体等であってもよい。また、支持体２２は、全体が連続気泡構造又は半連続気泡構造であることが成形性や弾性変形容易性の観点から好ましいが、連続気泡構造又は半連続気泡構造となる部分は一部であってもよい。また、支持体２２は、少なくとも部分的に連続気泡構造を備えることで、成形後に支持体２２が縮む（いわゆる、シュリンクする）ことを抑制することができる。さらには、本実施形態の支持体２２の発泡倍率は、上述の通り１．４～６倍であるが、１．７～５倍であることがより好ましく、２～４倍であることが更に好ましい。ここで、支持体２２の発泡倍率が１．４倍以上であることで、クッション性が特に良好となり、発泡倍率が６倍以下であることで、成形性と耐久性が特に良好となる。

なお、支持体２２は、ＪＩＳ Ｋ ６２６２：２０１３ Ａ法に準拠した圧縮永久ひずみが、３０％以下であることが好ましい。また、支持体２２は、１Ｈｚで１０万回５０％圧縮を繰返した場合の繰返し圧縮ひずみが、２０％以下であることが好ましい。これらの構成によれば、支持体２２を弾性変形させた後の復元が良好である。

磁石部２１は、支持体２２の外径より小さな内径の剛体リングであり、括れ部２２Ｋに係合されている。また、磁石部２１は、ネオジウム系磁石であって、例えば、軸方向に着磁されている。図１に示すように、磁石エレメント２０としてピストンロッド６４に嵌合されると、磁石部２１は電磁誘導コイル１２の下端部より上方に配置されるようになっている。

なお、磁石部２１は、永久磁石化した際に強い磁力を有するネオジム系磁石からなることが好ましいが、ネオジム系磁石に限定されるものではなく、サマリウム系磁石、アルニコ系磁石、フェライト系磁石等の公知の磁石であってもよい。

磁石部２１は、１つに限らず、複数、備えていてもよい。また、磁石部２１を括れ部２２Ｋではなく、括れ部２２Ｋと括れ部２２Ｋとの間の外側面に配置してもよい。さらに、磁石部２１が１つの場合には、複数の括れ部２２Ｋのうちシリンダ６５に最も近い括れ部２２Ｋに配置することが好ましいが、何れの括れ部２２Ｋに配置してもよい。磁石部２１が複数、ある場合にも同様である。また、磁石部２１は、支持体２２を押圧するシリンダ６５の上端面から離れた位置に配置される、換言すれば、シリンダ６５の軸方向で磁石部２１とシリンダ６５の上端面との間に支持体２２を挟んで配置されることが好ましいが、支持体２２の軸方向の端部に配置してシリンダ６５の上端面と当接するようにしてもよい（図５参照）。

電気機器１００Ａの構造に関する説明は、以上である。この電気機器１００Ａは、以下の方法にて製造される。まず、電気機器１００Ａの要素部品である磁石エレメント２０を得るために、支持体２２が製造される。具体的には、ポリオールとイソシアネートを混合してプレポリマー化した第１液を用意する。ここで、第１液は、イソシアネート基（ＮＣＯ）を末端に有するプレポリマーである。また、触媒、発泡剤等を含む第２液を用意する。その後、第１液と第２液とを混合し、その混合液を得る。ここで、イソシアネート基を末端に有するプレポリマーのＮＣＯ％は、３～７％とすることが好ましく、本実施形態では、６％とした。これにより、成形性や耐久性に優れた支持体２２を得ることが可能となる。

次に、上記混合液を、あらかじめ温調された成形型に注入して発泡硬化させ、前述した円筒状の支持体２２を形成する。なお、上記混合液の成形型での発泡硬化工程では、閉型状態で所定時間キュア（一次キュア）を行った後、得られた発泡成形体を成形型から取り出す。一次キュアは、例えば６０～１２０℃で１０～１２０分間、行われる。一次キュアを行って成形型から取り出された発泡成形体については、さらに二次キュアを行うことが好ましく、二次キュアは、例えば９０～１８０℃で８～２４時間、行われる。これにより、支持体２２が得られる。

上述の如く製造された支持体２２に軸方向の一端部側から磁石部２１を組み付けて磁石エレメント２０とし、その磁石エレメント２０の外側に電磁誘導コイル１２を配置する。これにより、電気機器１００Ａの製造が完了する。

次に、電気機器１００Ａの作用効果について説明する。電気機器１００Ａは、上述したように磁石エレメント２０がシリンダ６５と車体６０Ｂとの間にセットされ、この間隔が変化すると、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）の変化に示すように、支持体２２が軸方向で伸縮される。ここで、本実施形態の磁石エレメント２０は、磁石部２１が支持体２２に支持されているので、支持体２２の伸縮によって磁石部２１が電磁誘導コイル１２に対して軸方向に移動する。これにより磁石部２１による磁界の磁束のうち電磁誘導コイル１２を貫通する磁束の密度が変化し、誘導電流が発生する。即ち、電気機器１００Ａにて発電が行われる。

本実施形態では、支持体２２が発泡エラストマーで形成されているので、軸方向で圧縮されると発泡エラストマーの気泡が潰れ、伸びると気泡が膨らみ、径方向のサイズの変化を抑えられた状態で伸縮する。また、非発泡のエラストマーを含む一般的な樹脂や金属等の弾性体で支持体を形成した場合に比べて、大きなストロークで伸縮させることができる。即ち、支持体２２の大きなストロークの変形によって磁石部２１を大きなストロークで往復移動させて磁束密度を大きく変化させることができるので、短いストロークでしか磁束密度を変化させることができないものに比べて、１ストローク当りの発電量を多くすることができる。

上述の如く、電気機器１００Ａで発生した誘導電流は、車両６０に搭載された整流部９１を通してバッテリー９０に付与されてバッテリー９０が充電される。

このように本実施形態の磁石エレメント２０は、磁石部２１が弾性樹脂製の支持体２２に支持されるという従来にはない構成であるので、発電機としての電気機器１００Ａに適用することで以下の効果を奏する。即ち、本実施形態の電気機器１００Ａは、磁石部２１を支持する支持体２２が発泡エラストマーであるので、大きなストロークで伸縮させて１ストローク当りの発電量を多くすることができる。また、支持体２２の外側面に括れ部２２Ｋが形成されているので、支持体２２を伸縮し易くなっている。さらに、支持体２２は、上述の通り伸縮に伴う径方向のサイズの変化を抑えられるので電磁誘導コイル１２との干渉が抑えられ、支持体２２とその外側の電磁誘導コイル１２との間のクリアランスを狭くして発電効率を高くすることができる。しかも、支持体２２が軽量で且つ破損し難くいので、取り扱いが容易である。

本実施形態では、磁石部２１を支持体２２の表面（詳細に、外側面）に配置したので、磁石部２１を電磁誘導コイル１２の近づけることができ、起電力を大きくすることが可能となる。また、磁石部２１を剛体リングとしたので、支持体２２の圧縮時の座屈を抑制することが可能となる。しかも、本実施形態では、磁石部２１を支持体２２の軸方向でシリンダ６５の上端面との間に支持体２２を挟んで配置したので、磁石エレメント２０の伸縮時に磁石部２１がシリンダ６５に当接することを抑制して、磁石部２１を保護することが可能となる。

［第２実施形態］
上記第１実施形態の電気機器１００Ａは、磁石エレメント２０と電磁誘導コイル１２とから構成され、外付けの整流部９１及び負荷部としてのバッテリー９０に接続される構成となっていたが、電気機器として磁石エレメント２０及び電磁誘導コイル１２に加えて整流部及び負荷部を一体に備えた構成としてもよい。

［第３実施形態］
本実施形態は、上記第１実施形態の電気機器１００Ａに対し、電磁誘導コイル１２に対する磁石エレメント２０の磁石部２１の位置のみが異なる。具体的には、本実施形態の磁石エレメント２０の磁石部２１は、図５（Ａ）に示すように、シリンダ６５が最長状態のときに、電磁誘導コイル１２の下端部より下方に位置するように配置され、シリンダ６５と車体６０Ｂとの間の間隔が変化によって磁石部２１が電磁誘導コイル１２の内外を往復移動する構成となっている。

［第４実施形態］
本実施形態は、上記第１実施形態の磁石エレメント２０に対し、支持体２２に磁石部２１を組付ける前又は組付けた後に、磁石部２１を支持体２２が圧縮される方向（換言すれば、磁石部２１の軸方向）に再着磁している点のみが異なる。

［第５実施形態］
本実施形態の電気機器１００Ｂは、図６～図９に示されている。上記第１実施形態では、発電機としての電気機器１００Ａを例示したが、本実施形態では、センサーとしての電気機器１００Ｂを説明する。本実施形態の電気機器１００Ｂは、図６に示すように、発電部１０と整流部９１と負荷部９２とを有する。なお、以下では、第１実施形態と異なる構成に関してのみ説明する。

負荷部９２は、例えば、無線モジュール９２Ａを含んでいる。その無線モジュール９２Ａは、例えば、ＲＦＩＤを変形させたものであり、ＲＦＩＤタグが無線で電力を受電し、その受電の度に識別番号を近距離無線通信のキャリアに変調して無線送信するものであるところを、無線モジュール９２Ａは、発電部１０から整流部９１を通して有線で電力を受電し、その受電の度に識別番号を所定の無線通信のキャリア波に変調して送信するようになっている。その所定の無線通信として、例えば、遠距離無線通信、Ｗｉ－Ｆｉ、赤外線通信、近距離無線通信等が挙げられる。

なお、無線モジュール９２Ａは、識別番号以外の情報をキャリア波に変調して無線送信するものでもよく、また、情報をキャリア波に変調せず、情報を含まない特定の周波数の無線波のみを送信し、その無線波が送信されたこと自体が電気機器１００Ｂからの情報であるようにしてもよい。

整流部９１は、例えば公知な倍圧整流回路になっていて、その入力側に発電部１０の次述する電磁誘導コイル１２が接続され、出力側に前述の無線モジュール９２Ａが接続されている。そして、電磁誘導コイル１２に誘起される誘導電流が整流部９１で整流されて無線モジュール９２Ａに付与される。

なお、図６に示す整流部９１には、３倍圧整流回路が例示されているが、所望の電圧に応じたｎ倍圧整流回路を用いればよい。

発電部１０は、電磁誘導コイル１２と、その内側に配置される磁石エレメント２０と、それらを収容する伸縮ケース３０とを備える。図７及び図８に示すように、伸縮ケース３０は、一端有底、他端開放の円筒状の筒体３１と、その筒体３１より外径が大きい一端有底、他端開放の円筒状の筒体３２とを開口端同士を向かい合わせて嵌合させた構造をなしている。また、両筒体３１，３２の軸長は略同一になっていて、両筒体３１，３２の開口端には、互いに係合して離脱を防ぐ返し部３１Ａ，３２Ａが設けられている。そして、伸縮ケース３０は、返し部３１Ａ，３２Ａ同士が係合する最長状態と、一方の筒体３１の開口端が他方の筒体３２の底部に当接する最短状態とに変化する。なお、最短状態の伸縮ケース３０は、最長状態の伸縮ケース３０の例えば略１／２の軸長になる。

筒体３２の外面には、上記した整流部９１と負荷部９２とを収容した回路ケース３３が固定されている。また、一方の筒体３１の底壁側端部には、周方向における複数位置から側方に張り出す複数の突片３１Ｂが備えられ、それら各突片３１Ｂに取付孔３１Ｃが形成されている。また、他方の筒体３２の先端部には、例えば、アジャスト機構３５が備えられている。アジャスト機構３５は、筒体３２の底壁の外面中央から突出して内面に雌螺子部３５Ｂを有する支持筒３５Ａと、その雌螺子部３５Ｂに螺合する雄螺子部３５Ｃを外面に有するシャフト部３５Ｄと、シャフト部３５Ｄの先端部に回転可能に取り付けられた当接板３５Ｅとを備えてなる。

なお、本実施形態の伸縮ケース３０は、例えば、樹脂又はステンレス等の非磁性体であるが、伸縮ケース３０及び後述するスペーサ３４を鉄等の磁性体で形成して後述する磁石エレメント２０と共に伸縮ケース３０が磁路を形成するようにしてもよい。また、本実施形態の筒体３１，３２は、磁石エレメント２０を介して接続されることで互いに回転不能に連結されているが、筒体３１，３２の一方に縦長の係合溝を設けると共に、他方に係合溝に係合する突部を設けて、筒体３１，３２同士の相対的な回転を規制してもよい。

図８に示すように、電磁誘導コイル１２は、例えば一方の筒体３１の内側に丁度収まる外径、軸長の円筒状をなして、筒体３１内に固定されている。また、電磁誘導コイル１２の１対のリード線１２Ａは、筒体３１のうち底壁に近い側壁を貫通する貫通孔３１Ｄを通して筒体３１の側方に引き出されている。そして、それら１対のリード線１２Ａが回路ケース３３に取り込まれて整流部９１に接続されている。そして、１対のリード線１２Ａは、伸縮ケース３０の伸縮に伴って屈曲する。なお、筒体３２の開口側の端部には、１対のリード線１２Ａとの干渉を回避するための切り欠き３２Ｂ（図７参照）が形成されている。

磁石エレメント２０は、電磁誘導コイル１２の内側に隙間を介して嵌合される円柱状をなし、伸縮ケース３０の同心軸上に配置されて、両端面を筒体３１，３２の各底面に例えば接着材にて固定される。また、磁石エレメント２０の一端面と筒体３２の底面との間には、必要に応じて磁石エレメント２０と同一外径の円柱状のスペーサ３４が配置されて磁石エレメント２０の圧縮率が調整される。具体的には、スペーサ３４を設けない場合には、伸縮ケース３０が最長状態から最短状態に変化することで伸縮ケース３０内の磁石エレメント２０は、伸縮ケース３０と同様に１／２に圧縮される。これに対し、上記スペーサ３４を設ければ、磁石エレメント２０を、１／２以上の任意の圧縮率になるまで圧縮率を高くすることができる。なお、図８には、スペーサ３４を備えた磁石エレメント２０が１／３まで圧縮される構造が例示されている。

磁石エレメント２０は、伸縮ケース３０の最長状態で筒体３１，３２の両底面の間で僅かに圧縮されるようになっている。これにより、伸縮ケース３０が外力を受けていない状態での筒体３１，３２同士の間のガタ止めが図られている。

なお、磁石エレメント２０は、筒体３１，３２に接着材によって固定されていたが、固定されていなくてもよい。また、筒体３１，３２の各底面と、磁石エレメント２０の両端面とには、互いに凹凸嵌合して磁石エレメント２０を伸縮ケース３０に対して芯出しするための凹凸を備えてもよい。

本実施形態の電気機器１００Ｂの構造に関する説明は以上である。次に、電気機器１００Ｂの作用効果について説明する。図８に示すように、電気機器１００Ｂは、相互間の間隔が変動し得る１対の対向部材２０１，２０２の間の隙間にセットされて、それら１対の対向部材２０１，２０２の変形・動作等の検出を行うために使用される。そのためには、電気機器１００Ｂは、伸縮ケース３０の軸方向（電磁誘導コイル１２及び磁石エレメント２０の軸方向でもある）が、１対の対向部材２０１，２０２の対向方向を向くように配置される。そして、例えば、１対の対向部材２０１，２０２の間隔が通常状態であるときに、伸縮ケース３０が所望の状態になるようにアジャスト機構３５が調整される。具体的には、１対の対向部材２０１，２０２が通常状態から離間する場合と接近する場合の両方の検出を行う場合には、伸縮ケース３０が最長状態の略１／２程度の圧縮状態になるようにアジャスト機構３５が調整される。また、１対の対向部材２０１，２０２が通常状態から接近したことのみを検出したい場合には、通常状態の１対の対向部材２０１，２０２の間で伸縮ケース３０が僅かに圧縮した状態になるか、アジャスト機構３５の当接板３５Ｅが一方の対向部材２０２から僅かに離れた状態になるようにアジャスト機構３５が調整される。また、電気機器１００Ｂが１対の対向部材２０１，２０２から横ずれしないようにするために、必要に応じて、伸縮ケース３０の取付孔３１Ｃに通したボルトを一方の対向部材２０１の螺子孔に締め付ける等して伸縮ケース３０を一方の対向部材２０１に固定することが好ましい。

上述の如く、電気機器１００Ｂが１対の対向部材２０１，２０２の間にセットされた状態で、１対の対向部材２０１，２０２の間隔が変化すると、伸縮ケース３０と共に磁石エレメント２０が軸方向で伸縮される。すると、磁石エレメント２０による磁界の磁束のうち電磁誘導コイル１２を貫通する磁束の密度が変化し、発電部１０にて発電が行われる。そして、発電部１０で発生した誘導電流は、整流部９１で整流されて負荷部９２に受電される。すると、負荷部９２の無線モジュール９２Ａから識別番号の情報を含んだ無線信号が出力される。これにより、電気機器１００Ｂから離れた場所の無線端末で電気機器１００Ｂからの無線信号を受信して１対の対向部材２０１，２０２が受ける負荷や挙動を監視することができる。

なお、本実施形態の電気機器１００Ｂを、高架橋の橋桁と橋本体との間の隙間や、免震構造を有する建物の床下等の隙間や、道路の路面下の隙間等に複数セットして、それら各電気機器１００Ｂの設置場所と識別番号とを対応付けて記憶しておき、監視端末で複数の電気機器１００Ｂから無線信号を監視することで、高架橋や建物の台風や地震等による挙動や異常の有無等を監視することができる。

［第６実施形態］
本実施形態の電気機器１００Ｃは、図９に示されており、整流部９１Ｖと負荷部９２Ｖの構成が前記第５実施形態と異なる。即ち、整流部９１Ｖは、２倍圧整流回路になっていて、整流部９１Ｖの１対の出力端末の間には二次電池９１Ａが接続されている。また、負荷部９２Ｖには、検出回路９２Ｂと無線回路９２Ｃとが備えられ、負荷部９２Ｖには、電磁誘導コイル１２に流れる誘導電流を検出するための電流検出部９２Ｄが接続されている。さらに、検出回路９２Ｂには、Ａ／Ｄコンバータとマイコンとが含まれている。そして、電磁誘導コイル１２で生成される誘導電流に基づいて電気機器１００Ｃが受ける外力を特定するための検出データを生成し、その検出データを無線回路９２Ｃにて無線送信する。なお、検出データとしては、例えば、誘導電流のＦＦＴデータやスペクトルデータや誘導電流の波形に含まれるピーク値のデータ等、様々なものが挙げられる。

本実施形態の電気機器１００Ｃでは、発電部１０にて生成される誘導電流に基づいて外力を特定するための検出データを生成してから無線送信するので、電気機器１００Ｃから離れた遠隔値において無線送信によるノイズの影響を受け難いデータ収集が可能になる。また、二次電池９１Ａを備えたことで負荷部９２Ｖへの給電が安定する。

［第７実施形態］
第７実施形態の電気機器１００Ｄは、図１０に示されており、前記第１実施形態の電気機器１００Ａに、前記第６実施形態の電気機器１００Ｃと同様の整流部９１Ｖと負荷部としての検出回路９２Ｂを付加した構成となっている。そして、検出回路９２Ｂで生成した検出データを車両６０の制御装置８６に付与する。制御装置８６は、付与された検出データに基づき、車両６０の過搭載やサスペンション６１の故障等の異常の有無を判別し、異常があったときには警告灯８５を点灯して運転者に異常を報知する。

なお、車両６０としてトラックの荷台に電気機器１００Ｄを備え、荷台の積み荷の過搭載や積み荷の重量バラスンに関する異常を検知する構成であってもよい。また、車両６０に電気機器１００Ｄを備えて車両６０に関する異常を検知する構成に限らず、例えば、工場プラントにおけるタンクや配管に上記電気機器１００Ｄを備え、タンクや配管の異常を検出する構成であってもよい。

［第８実施形態］
本実施形態の電気機器１００Ｅは、図１１に示されており、建物や乗り物の床構造７１に組み込まれている。具体的には、この床構造７１は、土台７２の上に床パネル７３が敷かれた構造となっていて、土台７２と床パネル７３の間には、複数の緩衝材７８が敷き詰められている。床パネル７３に荷重がかかると、緩衝材７８が弾性変形する。そして、複数の緩衝材７８の１つ又は一部複数が、磁石エレメント２０になっていて、その磁石エレメント２０を囲むように電磁誘導コイル１２が備えられている。また、電気機器１００Ｅは、第５実施形態と同様の整流部と無線モジュールとを回路ケース３３に収容して備える。

［第９実施形態］
本実施形態の電気機器１００Ｆは、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に示されており、第８実施形態の電気機器１００Ｅと電磁誘導コイル１２の配置が異なる。具体的には、電気機器１００Ｆは、磁石エレメント２０Ｗの支持体２２Ｗが電磁誘導コイル１２より大きな内径の円筒状をなし、その内側に電磁誘導コイル１２を配置した構成となっている。また、磁石部２１が、支持体２２Ｗの内径より大きな外径をなして支持体２２Ｗの内側に配置されている。さらに、床パネル７３の下面には、収容部７３Ｈが形成され、その収容部７３Ｈの開口縁に磁石エレメント２０Ｗの上端面が固定されている。そして、床パネル７３に荷重がかかると、緩衝材及び磁石エレメント２０Ｗが圧縮され、この圧縮に伴って電磁誘導コイル１２の上端部が床パネル７３の収容部７３Ｈに収容される。なお、電気機器１００Ｆは、図示しないが、第５実施形態と同様の整流部と無線モジュールとを回路ケースに収容して備える。

［第１０実施形態］
本実施形態の電気機器１００Ｇは、図１３に示されており、磁石エレメント２０が外力を受けて捻れ変形するようになっている。具体的には、電気機器１００Ｇは、第５実施形態の電気機器１００Ｂの伸縮ケース３０の一方の筒体３２からアジャスト機構３５を排除し、他方の筒体３２と同様の複数の突片３１Ｂを備えてなるツイストケース３０Ｖに、第５実施形態の電気機器１００Ｂの磁石エレメント２０及び電磁誘導コイル１２と同一形状の磁石エレメント２０及び電磁誘導コイル１２を備えた構造をなしている。そして、そのツイストケース３０Ｖが、相対的に回転する１対の部材や負荷トルクを受けるシャフトの途中に取り付けられる。これにより、負荷トルクとしての外力を受けることで１対の筒体３１，３２が相対的に回転し、磁石エレメント２０が捻られる。その他の構造は、第５実施形態の電気機器１００Ｂと同様になっている。

この電気機器１００Ｇでは、第５実施形態の磁石エレメント２０の磁石部２１と着磁方向が異なり、磁石エレメント２０が一方に捻り変形すると、磁石部２１の磁気モーメントの方向が電磁誘導コイル１２を貫通する方向に揃い、他方に捻り変形すると、磁石部２１の磁気モーメントの向きが電磁誘導コイル１２を貫通する方向と異なる方向を揃うか、ばらつく。これにより、磁石エレメント２０の捻り変形に伴って電磁誘導コイル１２を貫通する磁束の密度が変化して発電が行われ、その電力を受けて負荷部９２の無線モジュール９２Ａから無線信号が送信される。

［第１１実施形態］
本実施形態の電気機器１００Ｈは、図１４に示されており、第１０実施形態の電気機器１００Ｇのツイストケース３０Ｖに螺合機構を追加したツイストケース３０Ｗを備える。具体的には、ツイストケース３０Ｗの一方の筒体３１の外面には、螺旋状に延びる溝構造又は突条構造の係合部３１Ｍが備えられ、他方の筒体３２の内面には、係合部３１Ｍと螺合する図示しない係合部が備えられている。これにより、ツイストケース３０Ｗの筒体３１，３２が相対回転すると、磁石エレメント２０が捻り変形されると共に伸縮変形される。これにより、電磁誘導コイル１２に誘導電流が誘起される。

［第１２実施形態］
本実施形態の電気機器１００Ｉは、図１５に示されている。図１５（Ａ）に示すように、電気機器１００Ｉには、曲げ変形を検出する対象であるシャフト２０３に丁度嵌合される円筒状の磁石エレメント２０Ｖと、その磁石エレメント２０Ｖの外側に嵌合される電磁誘導コイル１２とが備えられている。また、磁石エレメント２０は、その内側に磁石部２１が係合されている。そして、図１５（Ｂ）に示すように、磁石エレメント２０及び電磁誘導コイル１２は、シャフト２０３と一緒に曲げ変形する。また、この電気機器１００Ｉは、例えば、第５実施形態の電気機器１００Ｂと同様の整流部９１及び無線モジュール９２Ａを回路ケース３３に収容して備えている。そして、シャフト２０３の曲げ変形に伴って磁石エレメント２０が曲げ変形することで、電磁誘導コイル１２を貫通する磁束密度が変化して発電が行われ、その電力を受けて負荷部９２の無線モジュール９２Ａから無線信号が送信される。

［第１３実施形態］
本実施形態の電気機器１００Ｊは、図１６（Ａ）に示されており、非磁性体の１対の円板３９を対向した状態に備え、それら１対の円板３９の間に複数の磁石エレメント２０が並列に接続された構造をなしている。具体的には、複数の磁石エレメント２０は、例えば円柱状をなし、１対の円板３９の外縁部より内側の部分において、１対の円板３９の中心軸と同心の架空の円を複数等分する位置に各磁石エレメント２０の中心軸が配置され、各磁石エレメント２０の両端面に塗布された接着材にて各磁石エレメント２０が１対の円板３９に固定されている。なお、１対の円板３９の外縁部には、複数の取付孔３９Ａが形成されている。

また、各磁石エレメント２０の外側には、それぞれ電磁誘導コイル１２が嵌合されている。そして、第５実施形態で説明した整流部９１及び無線モジュール９２Ａが、複数の電磁誘導コイル１２に対応して複数備えられて回路ケース３３に収容されている。そして、各電磁誘導コイル１２に所定の大きさ異常の誘導電流が流れる度に、各電磁誘導コイル１２に対応する無線モジュール９２Ａからそれぞれに固有の識別番号の情報を含んだ無線信号が送信される。

本実施形態の電気機器１００Ｊは、１対の円板３９を検出対象物に固定して使用される。そして、１対の円板３９の間が接近及び離間するような挙動や、一方の円板３９に対して他方の円板３９が任意の方向に傾くような挙動や、一方の円板３９に対して他方の円板３９が中心軸回りに回動する挙動に応じた電力が複数の電磁誘導コイル１２で発電され、その発電状態に応じた無線信号が出力される。

また、図１６（Ｂ）に示すように、円板３８Ｃの中心部から支柱３８Ａが起立し、その先端部にマス３８Ｂを有する付加部品３８を用意して、その付加部品３８の円板３８Ｃを電気機器１００Ｊの一方の円板３９に重ねて固定し、他方の円板３９を建物、乗り物、地面等に固定することで、電気機器１００Ｊが受ける振動等を検出することができる。

［確認実験］
電磁誘導コイル１２と磁石エレメント２０とにより発電が行われることを実験にて確認した。具体的には、誘導電流の代用値として電磁誘導コイル１２に発生する誘導起電力を確認した。

Ｉ．電磁誘導装置の構成
本実験では、磁石エレメント２０を電磁誘導コイル１２と同軸に配置すると共に、磁石エレメント２０を、自然長状態で電磁誘導コイル１２と中心位置が一致するように配置した。磁石エレメント２０は、電磁誘導コイル１２内に全体が収まっており、軸方向が上下方向となるように配置され、軸方向の一端側から（下方から）圧縮することで磁石エレメント２０を弾性変形させた。なお、電磁誘導コイル１２及び磁石エレメント２０の詳細は以下の通りである。

（１）電磁誘導コイル１２について
銅線からなり、コイルの巻き径（内径）が３６ｍｍ（３６Φ）、軸長が７０ｍｍ、線径が０．５ｍｍ、巻き数が１３９５回、抵抗が１３Ωであるものを用いた。

（２）磁石エレメント２０について
磁石エレメント２０は、ネオジム系磁石のシートからなる磁石部２１をポリウレタンの発泡エラストマー製の支持体２２の外側面に両面テープで貼り付けたものを用いた。

（３）支持体２２について
支持体２２は、円筒状であり、外径は２８ｍｍ、内径は１０ｍｍ、軸長は４２ｍｍであり、３つの括れ部２２Ｋを有する。また、支持体２２は、連続気泡構造であり、発泡倍率は２倍になっている。なお、支持体２２の原料は、以下の通りである。

［第１液］
ポリオール；ポリエステルポリオール（分子量：２０００、官能基数：２、水酸基価：５６ｍｇＫＯＨ／ｇ、品名：「ポリライト ＯＤ－Ｘ－１０２」、ＤＩＣ社製
イソシアネート；１，５－ナフタレンジイソシアネート（ＮＣＯ％：４０％、品名：「コスモネートＮＤ」、三井化学株式会社製）
ネオジム系磁性粉体；（１）ＭＱＦＰ（５μｍ）、マグネクエンチ社製、（２）ＭＱＦＰ（１００μｍ）、マグネクエンチ社製
［第２液］
触媒；アミン触媒、品名：「Ａｄｄｏｃａｔ ＰＰ」、ラインケミージャパン社製
発泡剤； ヒマシ油と水を含む混合液、品番：「アドベードＳＶ」（ヒマシ油と水の重量比５０：５０）、ラインケミージャパン社製

（３）磁石部２１について
磁石部２１は、厚み２ｍｍ、幅５ｍｍの帯状のシートであり、支持体２２の外側面のうち上から１つ目と２つ目の括れ部２２Ｋとの間の外側面にリング状に貼り付けられている。また、表面磁束密度２０ｍＴであり、その着磁方向は支持体２２の軸方向に沿った方向となっている。

ＩＩＩ．試験方法
図１７に示す試験装置４０により、電磁誘導コイル１２の軸方向で圧縮と復元を繰り返すように磁石エレメント２０を振動変形させて、電磁誘導コイル１２の両端間の電圧を測定して評価した。また、磁石エレメント２０に対する振動変形の周波数を、１Ｈｚ、３Ｈｚ、５Ｈｚ、１０Ｈｚと変更して上記電圧の測定を行った。なお、振幅の水準は、５ｍｍ（変位量）とした。

試験装置４０の詳細は、以下のようになっている。試験装置４０は、電磁誘導コイル１２の内側で、磁石エレメント２０を電磁誘導コイル１２の軸方向で挟むピストン４１と固定部材４２とを有する。ピストン４１は、駆動源４３からの動力を受けて電磁誘導コイル１２の軸方向に振動し、磁石エレメント２０を振動変形させる。固定部材４２とピストン４１の間隔は、ピストン４１が振動のストロークにおいて最も固定部材４２から遠ざかったときに、磁石エレメント２０の自然長と同じになるように設定されている。即ち、本実験では、固定部材４２とピストン４１が、磁石エレメント２０に常に接する。

また、電磁誘導コイル１２の両端は、オシロスコープ４４に接続され、オシロスコープ４４には、電磁誘導コイル１２に発生した誘導起電力が表示される。さらに、試験装置４０には、ピストン４１の振動を検出するためのレーザー変位計４５が設けられている。レーザー変位計４５からは、ピストン４１の振幅や周波数等に関する信号がアンプユニット４６を介してオシロスコープ４４に出力され、オシロスコープ４４でピストン４１の振動の振幅や周波数を確認できるようになっている。

ＩＶ．試験結果
図１８に示すように、周波数を大きくした方が、誘導起電力が大きくなることが分かった。また、周波数と誘導起電力には相関関係があることが確認された。

［他の実施形態］
（１）上記実施形態では、支持体２２の成形後に磁石部２１を支持体２２の一端部から嵌め込んでいたが、磁石部２１をインサート成形にて支持体２２に取り付ける構成であってもよい。また、インサート成形にて磁石部２１を取り付ける場合には、磁石部２１を支持体２２の外側面に取り付けてもよいし、支持体２２の内部に磁石部２１を内蔵させる構成としてもよい。

（２）磁石部２１を支持体２２の内部に内蔵させる構成としては、上記インサート成形以外に、例えば、図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）に示すように、支持体２２の中央に収容孔２２Ｈを形成し、その収容孔２２Ｈに例えば、球体又は円盤状の磁石部２１を収容する構成が挙げられる。なお、収容孔２２Ｈは、図１９（Ａ）に示すように、支持体２２の軸方向に貫通していていなくてもよいし、図１９（Ｂ）に示すように、貫通していてもよい。

（３）上記実施形態の磁石エレメント２０では、磁石部２１として剛体リングを例示したが、例えば、図２０（Ａ）に示すようにシート状の磁石部２１を接着剤にて支持体２２の外側面に貼り付ける構成であってもよい。また、図２０（Ｂ）に示すように、磁性体粉末を含有した弾性樹脂を支持体２２の外側面にコーティングし、その弾性樹脂層を磁石部２１としてもよい。その弾性樹脂層は、図２０（Ｂ）に示すように、外側面全体に形成されていてもよいし、一部のみに形成される構成であってもよい。

（４）また、磁石エレメント２０の磁石部２１は、リング状に限らず、例えば、円盤状の磁石部２１を支持体２２の外側面又は内側面に間欠的に配置する構成であってもよいし、磁石部２１を支持体２２の外側面又は内側面の一部に軸方向に沿って配置する構成であってもよい。

（５）磁石エレメント２０の弾性変形に伴う磁束密度の変化を利用して部材の挙動等を検出する装置として、例えば、ホール素子、ＴＭＲ素子（トンネル磁気抵抗効果素子）、ＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果素子）、ＡＭＲ素子（異方性磁気抵抗効果素子）等の磁気センサを磁石エレメント２０に対向配置する構成も考えられる。

（６）上記した第１３実施形態の電気機器１００Ｊが捻り変形にも曲げ変形にも伸縮変形にも使用可能であるのと同様に、上述した全ての電気機器１００Ａ～１００Ｉは、他の使用方法で使用してもよい。また、電気機器１００Ａ～１００Ｉの負荷部に含まれる電気的負荷を適宜変更してもよい。

（７）上記実施形態では、磁石エレメント２０の磁化方向が、電磁誘導コイル１２の軸方向と同じであったが、電磁誘導コイル１２の軸方向に対して傾斜していてもよい。

（８）上記実施形態では、電磁誘導コイル１２と磁石エレメント２０が同軸に配置されていたが、電磁誘導コイル１２と磁石エレメント２０の中心軸が互いにずれて平行に配置されていてもよいし、互いに傾斜していてもよい。

（９）磁石エレメント２０は、主要部が弾性樹脂製の支持体２２であるので、任意の形状に容易にカットすることができる。

（９）上記実施形態では、磁石エレメント２０の原料のイソシアネートとして１，５－ナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）を用いたが、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）を用いてもよい。

＜付記＞
以下、上記実施形態から抽出される発明群の特徴について、必要に応じて効果等を示しつつ説明する。

［特徴１］
磁石部と、
前記磁石部を支持する弾性樹脂製の支持体と、を備える磁石エレメント。

特徴１の磁石エレメントによれば、磁石部を弾性樹脂製の支持体で支持するという従来にはない磁石エレメントを提供することが可能となる。

［特徴２］
前記支持体は、柱状又は筒状をなしかつ外側面に括れ部を有する特徴１に記載の磁石エレメント。

特徴２によれば、括れ部により支持体が伸縮し易くなる。

［特徴３］
前記磁石部は、前記支持体における伸縮方向の一端部に配置されている特徴１又は２に記載の磁石エレメント。

特徴３によれば、支持体の伸縮方向の一端部に磁石を配置することで、伸縮方向における磁石部の移動量を大きくすることが可能となる。

［特徴４］
前記磁石部は、リング状をなしている特徴１から３の何れか１の特徴に記載の磁石エレメント。

［特徴５］
前記磁石部は、シートである特徴１から４の何れか１の特徴１に記載の磁石エレメント。

リング状の磁石部は、剛体リングであってもよいし、例えば、特徴５のように、シートを巻回してなるリングであってもよいし、さらには、支持体にコーティングしてなる磁石層であってもよい。

［特徴６］
前記磁石部は、前記支持体の表面に配置されている特徴１から５の何れか１の特徴に記載の磁石エレメント。

［特徴７］
前記支持体は、前記磁石部を内蔵している特徴１から５の何れか１の特徴に記載の磁石エレメント。

磁石部は、特徴６のように、支持体の表面（外側面）に配置されていてもよいし、特徴７のように、支持体に内蔵されていてもよい。

［特徴８］
前記支持体は、発泡エラストマー製である特徴１から７の何れか１に記載の磁石エレメント。

特徴８によれば、支持体が発泡エラストマーであるので圧縮されると気泡が潰れ、伸びると気泡が膨らむ。これにより、伸縮変形に伴った伸縮方向と直交する方向のサイズの変化が抑えられ、支持体とその周囲の部品との干渉を抑えることができる。

［特徴９］
特徴１から８の何れか１の特徴に記載の磁石エレメントと、
電磁誘導コイルと、を備える電気機器。

特徴９によれば、磁石エレメントと電磁誘導コイルにより誘導起電力を発生させて発電することが可能となる。

［特徴１０］
前記電磁誘導コイルに誘起される誘導電流を整流する整流部と、
前記整流部から受電して作動する負荷部と、を備える電気機器。

特徴１０によれば、整流部によって整流された電流を負荷部に付与し、負荷部を駆動させることができる。

［特徴１１］
前記負荷部には、前記整流部からの受電に応じて無線信号を出力する無線回路が含まれる特徴１０に記載の電気機器。

特徴１１の電気機器は、自己発電を行う上に無線回路を備えるので、設置場所の自由度が高くなる。

［特徴１２］
前記無線回路は、前記整流部から受電する度に無線信号を出力して前記磁石エレメントが外力を受けたことを報知する特徴１１に記載の電気機器。

特徴１２の電気機器は、外力を受ける部位に設置して、遠隔地から外力の状況を監視することができる。

［特徴１３］
前記負荷部には、
前記誘導電流に基づいて前記外力を特定するための検出データを生成する検出回路と、
前記検出データを無線送信する無線回路と、
が含まれる特徴１０から１２の何れか１の特徴に記載の電気機器。

特徴１３の電気機器は、誘導電流に基づいて外力を特定するための検出データを生成してから無線送信するので、電気機器から離れた遠隔値において無線送信によるノイズの影響を受け難いデータ収集が可能になる。

［特徴１４］
前記整流部には、前記誘導電流により充電されかつ前記負荷部に給電可能な二次電池が含まれる特徴１０から１３の何れか１の特徴に記載の電気機器。

特徴１４では、二次電池を備えたことで負荷部への給電が安定する。

なお、本明細書及び図面には、特許請求の範囲に含まれる技術の具体例が開示されているが、特許請求の範囲に記載の技術は、これら具体例に限定されるものではなく、具体例を様々に変形、変更したものも含み、また、具体例から一部を単独で取り出したものも含む。

１２ 電磁誘導コイル
２０，２０Ｗ 磁石エレメント
２１ 磁石部
２２，２２Ｗ 支持体
２２Ｋ 括れ部
１００Ａ～１００Ｊ 電気機器

Claims (8)

1. 磁石部と、
   前記磁石部を支持する弾性樹脂製の支持体と、を備える磁石エレメント。
2. 前記支持体は、柱状又は筒状をなしかつ外側面に括れ部を有する請求項１に記載の磁石エレメント。
3. 前記磁石部は、前記支持体における伸縮方向の一端部に配置されている請求項１又は２に記載の磁石エレメント。
4. 前記磁石部は、リング状をなしている請求項１から３の何れか１の請求項に記載の磁石エレメント。
5. 前記磁石部は、シートである請求項１から４の何れか１の請求項１に記載の磁石エレメント。
6. 前記磁石部は、前記支持体の表面に配置されている請求項１から５の何れか１の請求項に記載の磁石エレメント。
7. 前記支持体は、前記磁石部を内蔵している請求項１から５の何れか１の請求項に記載の磁石エレメント。
8. 請求項１から７の何れか１の請求項に記載の磁石エレメントと、
   電磁誘導コイルと、
   を備える電気機器。

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