JP2969123B2

JP2969123B2 - 複合磁気デバイス

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Publication number: JP2969123B2
Application number: JP1110994A
Authority: JP
Inventors: 昭松下
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-04-28
Filing date: 1989-04-28
Publication date: 1999-11-02
Anticipated expiration: 2014-11-02
Also published as: JPH02290173A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野本発明は，複合磁性体を利用して構成した発電要素と
その応用装置を含む磁気デバイスであって，磁気センサ
および発電機などの電源システムに関する。

（ロ）従来の技術本発明に関連する技術として，複合磁性体を用いてパ
ルスを発生させる，例えば特公昭59−12142号公報の
「感磁要素」，あるいは特公昭58−54589号公報の「制
御信号発生子」などがある。

また，特開昭47−28850号公報の「パルス発生装
置」、特開昭54−19134号公報の「発電充電装置」は、
ウィーガンドワイヤを用いたもので，少なくとも２個の
逆極性の永久磁石を交互に作用させてパルスを発生させ
ようとする装置である。

（ハ）発明の目的本発明は複合磁性体の特異な性状を適用し，単一磁界
の作用だけで，鎖交磁束の変化割合にも依存せず、常に
一定以上の起電力を発生する発電要素と応用磁気デバイ
スを提供する。

（ニ）発明の概要本発明で用いる磁性体は、一軸磁気異方性を備え磁気
的ハード部分とソフト部分とを互いに平行または反平行
の何れかの状態に磁化しておける二安定性を有する複合
磁性体であって，単独では自己減磁力が比較的小さいよ
うな形状で適用される。

本発明では、その複合磁性体の複数を近接させ一体と
した時の誘導磁気に基づき、各複合磁性体の自己減磁力
を増大させるように配列して適用する。

一般に自己減磁力が増大するとソフト部分の磁化方向
を自律的に反転するような作用を生じ，ハード部分に対
し反平行の磁化状態で安定する，いわゆる一安定性の性
状が形成されることになる。

このような各複合磁性体に出力コイルを装着して発電
要素を形成する。そして外部磁界として，少なくとも１
個の永久磁石を近接離間させたり，電流磁界を印加する
たびごとに起電力を発生させようとするものである。

この場合、一軸磁気異方性を備えた複合磁性体のハー
ド部分とソフト部分のそれぞれを、線心部か外周部の何
れかに形成した複合磁性線を用い，前記発電要素を構成
してもよい。

そして、発電要素を円筒状に配列して構成した固定子
と，該固定子の内面に沿って回動する少なくとも１個の
永久磁石を装填した回転子と，その運転機構として回転
駆動源を装着することによって複合磁性発電機が構成さ
れる。

あるいは、同軸上に配置した回転円板と固定円板にお
いて，固定円板には複数の前記発電要素をそれぞれ半径
方向に配列しておく。回転円板には半径方向に装着した
少なくとも１個の永久磁石による磁界を発電要素に順次
印加するように構成する。

また、固定した複数の発電要素と永久磁石とを互いに
対向させた空隙部分を，回転円板の半径方向に配列した
多数の磁力線吸引用の磁性片が通過するように構成し，
少なくとも１個の永久磁石による磁力線が随時または間
欠的に前記発電要素に印加するように構成することもで
きる。

なお、発電要素に超電導線を用いれば、多数巻の出力
コイルが構成できるので、起電力および電力の増大がは
かれ複合磁性発電機の高性能化に寄与する可能性があ
る。

このように構成された複合磁性発電機の起電力を、蓄
電池およびコンデンサに充電する電力貯蔵用の蓄電装置
およびその電力を負荷に供給する配電装置などを備えた
電源システムが構成できる。

（ホ）発明の作用と実施例本発明で用いる複合磁性体は、性状の異なる複数の磁
性体を応力加工、積層、クラッドまたはメッキあるいは
混成状等の手段で形成され、全体として一軸磁気異方性
を有するように処理された強磁性体である。

例えば、ひねり応力を加えて成る一軸磁気異方性を備
えた複合磁性線は，磁気的ハード部分とソフト部分とを
有し互いに平行または反平行の何れかの状態に磁化して
おくことができる。そして自己減磁率が比較的小さく二
安定性を備えるように構成されたものである。

殊にバイカロイ強磁性線をひねり加工した複合磁性線
は，外部磁界を印加しても磁化方向が変わらない比較的
保磁力の大きいハード部分を線心部に有し、外周部には
ソフト部分が形成されている。ソフト部分の磁化方向を
ハード部分と同方向に反転させるための外部磁界を印加
した時は，極めて急激な逆転現象を生じるという性状が
ある。

また、ひねり加工を施した通常のパーマロイ強磁性線
は、外周部にハード部分を、線心部にソフト部分が形成
される複合磁性線であって、上述と同様に二安定性を有
するように作製することができる。

一般に、棒状磁性体では長さと直径との比が大きい、
いわゆる長い形状のものほど自己減磁力が小さいのが普
通である。

しかしながら本発明においては、上述の複合磁性線の
複数本を互いに近接させておくことにより、各磁性線の
自己減磁力を増大させる手段を用いる。

例えば、第４図のように多数の複合磁性線１を所定の
間隔で互いに隣接させて束ねた場合には、全体として長
さを変えないで断面積だけを複数倍にした磁気棒に近似
して自己減磁力を増大する。

従ってその自己減磁力は必然的に各複合磁性線のソフ
ト部分を反転するように作用するから、ソフト部分とハ
ード部分とが反平行の一安定性の複合磁性層を形成し、
その磁化状態で安定に保持される。

このような状態の時に、永久磁石や電流磁界などによ
る外部磁界をハード部分と同方向に作用させると、ソフ
ト部分に作用していた自己減磁力を相殺してハード部分
の方向に反転するが、この時の磁化反転は概して緩慢で
ある。

しかし次にその外部磁界が除去される時は、前述の自
己減磁力の作用に基因してソフト部分を急速に逆転し、
先に述べた反平行の安定な磁化状態を形成する。

故に、束ねた複合磁性線全体に出力コイルを巻くこと
により一単位の発電要素を構成し、これに例えば１個の
永久磁石を作用させれば，その近接離間のたびごとに起
電力を発生させることができる。

また，出力コイルを一本毎に巻いた複合磁性線１の複
数を，互いに近接して配列し発電要素を構成してもよ
い。

第１図は，互いに一定の間隔で平行に隣接する多数の
複合磁性線１を円筒状の周辺に一層に配列し固定子２を
形成したものである。

回転軸６に結合した回転子４は固定子２の内部に収納
され、その内面に沿って回動する少なくとも一本の永久
磁石Ｍを装填する。７は調整装置で，輪列その他による
回転速度の調整機構である。

この場合，出力コイル３は各複合磁性線ごとに個別の
コイルを直接捲回して，発電要素の１単位を形成してい
る。そして複数単位の発電要素の各出力コイルを，それ
ぞれ直列または並列に接続して用いる。

また，他の形成方法として固定子２に多数の複合磁性
線１を円筒状に配列し，その全数を包囲するようにソレ
ノイド状に出力コイルを捲回した発電要素を形成（図示
せず）してもよい。

いま，固定子２に配列された中の１個の複合磁性線に
着目してみる。例えば外周部のソフト部分のみが負方向
に磁化（上向き）され，ハード部分と反平行の安定状態
を保持しているとする。

これに回動してきた永久磁石Ｍの磁界が印加される
と、その間だけソフト部分は正方向に反転する。しかし
永久磁石Ｍが去って磁界が消勢する時点ではハード部分
と反平行の安定状態へ急速に逆転する。

従って，この時の急速な磁束変化に呼応して，発電要
素の出力コイル３に急峻なパルス起電力が誘発される。

また，図では複合磁性線１を円筒状固定子の周辺に１
層のみ配列した状態を例示したが，同心円筒状に多層状
に複合磁性線の配列を積層し構成することもできる。

依って結果的には連続的な多数のパルス起電力を発生
する一種の複合磁性発電機が構成される。

そしてこの起電力を直接、あるいは整流器やコンデン
サで構成した整流平滑回路８を経て蓄電装置９に充電す
る。また貯蔵された電力は配電装置10から各種の負荷11
に供給されることになる。

なお、以上に述べた発電要素を構成する複合磁性体の
形状は、第２図（ａ）のように同軸円筒の線心部にハー
ド部分ｈを、その外周部にソフト部分ｓを有するように
複合化したもの、あるいは逆に線心部をソフト、外周部
をハード部分に複合化したものである。また同図（ｂ）
のように保磁力の異なる部分ｈとｓとが平面状または短
冊状に接合されたもの、同図（ｃ）のように広い背面の
部分ｈの上にストライプ状に部分ｓが配列されたもの、
あるいは同図（ｄ）のように保磁力の異なる部分ｈとｓ
とが交互に接合されたものなど種々のものが適用でき
る。

そして例えば同図（ｃ）のようにソフト部分ｓをスト
ライプ状に配列した複合磁性体を用いて発電要素を構成
すると、第３図に例示したようになる。すなわち、図は
円筒状固定子の一部を例示したもので、この円弧状の複
合磁性体を包被するように出力コイル12が捲回されてい
る。図では６個のストライプ状のソフト部分ｓが並列に
構成されたことになり、出力コイル12からは少なくとも
２個の出力端子13が引き出される。このように円弧状に
区分された発電要素の幾つかを組合せて円筒状の固定子
が構成される。

なお、このような偏平型の複合磁性体は金属、酸化物
および非晶質材料の圧接、積層焼成、クラッド、蒸着あ
るいはスパッタ法などによって形成されることもでき
る。

次に、複合磁気デバイスの他の構成例について述べ
る。第５図に示したように出力コイルを捲回した多数の
発電要素30、31、32に対し、その１単位毎の上部に永久
磁石M₁とM₂を固定しておく。そしてこの間隙を回転円板
33を通過させる。

この回転円板33に磁力線吸引用の多数の磁性片34を半
径方向に放射状に配列しておくと、例えば永久磁石M₁の
磁力線は回転する磁性片に間欠的に吸引されることによ
り、発電要素30には断続的磁界が印加される。従って、
そのたびごとに発生する起電力を多数の出力コイルから
連続的に得ることができる。

このような場合、各出力コイルをプリントコイルで構
成すれば、複合磁気デバイスの偏平、小型化をはかるこ
とができる。

第６図は回転駆動源５と結合された複合磁性発電機Ｇ
の起電力を，蓄電池またはコンデンサに充電する電力貯
蔵用の蓄電装置46、あるいは負荷に供給する配電装置47
を備えた電源システムの外観である。

なお、給電を受けて各種のセンサー48を動作させる情
報計測や、演算・観測装置49を運用できる。50は送信装
置、51は遠隔地の受信装置を例示したものである。

（ヘ）「発明の効果」複合磁性線が一本であっても、極く短い場合には自己
減磁力によりソフト部分を反転する。これは、いわゆる
反磁場効果に基づく現象であって、ウイーガンドワイヤ
（特公昭55−15797）はこれに該当するものと考える。

しかしながら、例えば多数の複合磁性線を互いに緻密
に隣接して束ねたような場合には、その磁性体断面の増
加に応じて自己減磁力を増大する。

依って本発明は，各複合磁性線のソフト部分が反転し
ハード部分と反平行の磁化状態が形成されるという現象
を動作原理に適用したものである。

故に、長い複合磁性線あるいは任意の形状の複合磁性
体を使用することができるから、出力コイルの巻数の増
加が容易であり、出力電圧および電力の増大がはかれる
という効果がある。

また、従来の電磁誘導に基づく回転式発電機は、一般
に出力コイルに対して外部から鎖交させる磁束φの時間
的変化割合ｄφ/dtに比例するから、超低速回転時にお
いては、遂には起電力が発生しなくなるものとされてき
た。

しかるに本発明に係る複合磁気デバイスは外部磁界の
磁束変化の割合に関係無く、例え超低速回転であって
も、あるいは回転速度にムラがあっても常に一定の起電
力が得られるという効果がある。所定以上の高速回転時
には起電力の増大がみられることはいうまでもない。

そして、本発明に係る複合磁気デバイスの発電要素に
近接離間させる永久磁石の駆動源として、風力、流水等
の天然エネルギー、人工的な機械装置や車両あるいは歩
行など殆どの運動体を利用することができ、クリーンエ
ネルギー電源としての効用が見込まれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に関する複合磁気デバイスの複合磁性発
電機とその電源システムの構成概要図、第２図は複合磁
性体の原理的構成例、第３図は発電要素の固定子の区分
を例示した構造図、第４図は束ねた複合磁性線の構成
例，第５図は複合磁性発電機の他の構成例である。そし
て第６図は本発明の複合磁性発電機と観測装置等を備え
た複合磁気デバイスの外観図である。 1:複合磁性体、2:固定子、３、12:出力コイル、4:回転子、 5:回転駆動源、6:回転軸、 7:調整装置、8:整流平滑回路、９、46:蓄電装置、10、47:配電装置、 11:負荷、13:端子、 30、31および32:発電要素 33:回転円板、34:磁性片、 48:センサー、49:演算・観測装置、 50:送信装置、51:受信装置、Ｍ、M₁、M₂:永久磁石、G:複合磁性発電機、

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気的なハード部分とソフト部分とが互い
に平行または反平行の何れかの磁化状態を保持する一軸
磁気異方性を備えた複合磁性体を用い、その複数個を互
いに近接させて各複合磁性体の前記ソフト部分がハード
部分と反平行の磁化状態に転位したものに、出力コイル
を装着して形成された発電要素に対し，外部磁界を印加
するたびごとに起電力を発生するように構成したことを
特徴とする複合磁気デバイス
【請求項２】前記複合磁性体のハード部分とソフト部分
のそれぞれを，強磁性線の線心部か外周部の何れかに形
成した複合磁性線の複数を用い，これに出力コイルを装
着して一単位の前記発電要素を構成したことを特徴とす
る請求項１記載の複合磁気デバイス
【請求項３】前記発電要素を円筒状に配列して構成した
固定子と，該固定子の内面に沿って回動する少なくとも
１個の永久磁石を装填した回転子と，その回転駆動源を
装着して複合磁性発電機を構成したことを特徴とする請
求項１記載の複合磁気デバイス
【請求項４】同軸上に配置した回転円板と固定円板に対
して，固定円板には複数の前記発電要素をそれぞれ半径
方向に配列しておき，回転円板には半径方向に装着した
少なくとも１個の永久磁石による磁界を前記発電要素に
順次印加するようにして複合磁性発電機を構成したこと
を特徴とする請求項１記載の複合磁気デバイス
【請求項５】固定した複数の前記発電要素と永久磁石と
を対向させた空隙部分を，回転円板の半径方向に配列し
た多数の磁力線吸引用の磁性片が通過するように構成
し，前記永久磁石の磁力線が前記発電要素に随時印加さ
れるように構成したことを特徴とする請求項１記載の複
合磁気デバイス
【請求項６】前記発電要素の出力コイルを超電導線を用
いて構成したことを特徴とする請求項1,2,3,4または５
記載の複合磁気デバイス
【請求項７】前記発電要素の起電力で充電する蓄電池ま
たはコンデンサ等の蓄電装置と，当該蓄電装置の電力を
負荷に供給する配電装置とを備えて構成されたことを特
徴とする請求項１記載の複合磁気デバイス