JP5940344B2 - 発電ユニット - Google Patents

Description

本発明は、磁歪材料の逆磁歪効果を利用して振動発電を行う発電ユニットに関し、特に、強制並進運動する二部材の間に発電素子を配設して発電を行う場合に、二部材の相対的な直進運動が妨げられることを抑制できる発電ユニットに関するものである。

特許文献１には、磁歪材料の逆磁歪効果を利用して振動発電を行う発電素子が開示される。この発電素子について、図１１（ａ）を参照して説明する。図１１（ａ）は、従来の発電素子９０１の正面図である。なお、図１１（ａ）において、コイル、永久磁石およびバックヨークの図示は省略する。

図１１（ａ）に示すように、発電素子９０１は、一対の磁歪棒９１１，９１２と、それら一対の磁歪棒９１１，９１２の一端を支持する第１ヨーク９２１と、一対の磁歪棒９１１，９１２の他端を支持する第２ヨーク９２２と、一対の磁歪棒９１１，９１２にそれぞれ巻回される一対のコイルと、一対の磁歪棒９１１，９１２の一端および他端にそれぞれ磁極を違えて配設される一対の永久磁石と、それら一対の永久磁石を連結することで一対の磁歪棒９１１，９１２にバイアス磁界を付与するバックヨークとを主に備える。

発電素子９０１は、第１ヨーク９２１を振動体に固着すると共に、第２ヨーク９２２を自由端とした状態で設置され、振動体の振動に伴って、磁歪棒９１１，９１２の軸直角方向へ第２ヨーク９２２を振り子運動（自由振動）させることで、磁歪棒９１１，９２１の一方および他方に軸方向の伸張および収縮をそれぞれ発生させる。即ち、図１１（ａ）に示すように、振り子運動により、磁歪棒９１１，９２１が曲げ変形されることで、一方（磁歪棒９１１）に軸方向の収縮が、他方（磁歪棒９１２）に軸方向の伸張が、それぞれ発生される。これにより、磁歪棒９１１，９１２の軸方向と平行な方向に磁束密度が変化し（逆磁歪効果）、磁歪棒９１１，９１２にそれぞれ巻回されたコイルに電流が発生し、発電が行われる。

この発電素子９０１では、例えば、図１１（ｂ）（従来の発電素子９０１の正面模式図）に示すように、第１ヨーク９２１に対し第２ヨーク９２２が相対的に矢印Ｘ方向に沿って強制振動（強制並進運動）される場合には、磁歪棒９１１，９１２がＳ字状に変形される。そのため、１の磁歪棒において伸張する部分と収縮する部分とが形成され、これらが磁束密度の変化を打ち消し合うことで、発電に必要な磁束密度の変化を得ることができない。

ＰＣＴ／ＪＰ２０１１／００３２７６（段落００７８、図４Ａなど）

このような事情を背景として、本願出願人は、鋭意検討した結果、強制並進運動する二部材の間に発電素子を配設する際に、その強制並進運動の直進方向に直交する仮想線に対して磁歪棒を傾斜させた姿勢とする、或いは、磁歪棒の端部を回転可能に軸支することで、磁歪棒に軸方向への変形（発電に必要な磁束密度の変化）を付与可能として、強制振動における発電を可能とする技術を考案した（本願出願時において未公知）。

しかしながら、この場合、二部材の相対的な強制並進運動に伴い、磁歪棒が軸方向へ収縮または伸張されると、その収縮または伸張に伴って発生する反力が、二部材へ周期的に変動しつつ作用するため、力の釣り合いが不均一な状態となり、二部材の相対的な直進運動が妨げられることを本願出願人は見出した。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、強制並進運動する二部材の間に発電素子を配設して発電を行う発電ユニットであって、二部材の相対的な直進運動が妨げられることを抑制できる発電ユニットを提供することを目的としている。

課題を解決するための手段および発明の効果

請求項１又は２に記載の発電ユニットによれば、第１ヨークに対して第２ヨークが相対的に強制並進運動されることで、２以上の発電素子の各磁歪棒がそれぞれ収縮または伸張され、その逆磁歪効果を利用して、発電が行われる。この場合、２以上の発電素子は、各磁歪棒を、強制並進運動の直進方向に沿う仮想線を回転軸として回転対称に配設する（即ち、各磁歪棒が仮想線を中心として周方向等間隔の放射直線状に配設される）、又は、強制並進運動の直進方向に平行な仮想平面を対称面として面対称に配設する（即ち、一対の磁歪棒同士が仮想平面を挟んで対向して配設される）ので、それら各磁歪棒に発生する反力同士を互いに打ち消し合わせることができる。よって、発電ユニット全体として、その力の釣り合いを均一な状態として、第１ヨーク及び第２ヨークの相対的な直進運動が妨げられることを抑制できる。

また、請求項１記載の発電ユニットによれば、各磁歪棒を、強制並進運動の直進方向に沿う仮想線を回転軸として回転対称に配設する（即ち、仮想線を中心として周方向等間隔に配設する）ので、第１ヨークに対する第２ヨークの相対的な強制並進運動の方向がずれた場合でも、２以上の磁歪棒の内のいずれかに軸方向の変形を付与して、磁束密度の変化を発生させることができ、その結果、発電を可能とすることができる。

また、請求項１又は２に記載の発電ユニットによれば、２以上の発電素子のそれぞれは、その磁歪棒を、仮想平面に直交する方向または前記仮想線に直交する方向（即ち、強制並進運動の直進方向に直交する方向）に対してそれぞれ傾斜させて配設するので、その傾斜の分、各磁歪棒にそれぞれ軸方向への変形を付与することができる。即ち、１の磁歪棒の全体としての変形を、軸方向への伸張または収縮とすることができるので、発電に必要な磁束密度の変化を得ることができ、その結果、強制振動においても、より効率の良い発電を可能とすることができる。

また、２以上の発電素子のそれぞれは、磁歪棒の一端および他端の両端を、転がり軸受を介して、第１ヨークまたは第２ヨークにそれぞれ回転可能に軸支するので、回転方向の拘束を抑制し、その分、各磁歪棒がＳ字状に変形することを確実に抑制できる。これにより、１の磁歪棒において伸張する部分と収縮する部分とが形成され、これらが磁束密度の変化を打ち消し合うことを抑制できるので、発電に必要な磁束密度の変化を得ることができ、その結果、強制振動においても、発電を可能とすることができる。

また、磁歪棒の一端および他端の両端を、転がり軸受を介して、第１ヨークまたは第２ヨークにそれぞれ回転可能に軸支することで、その分、磁歪棒をＳ字状に変形させることに費やされる力（即ち、発電に寄与しない変形に要する力）を少なくできる。その結果、より少ない力で各磁歪棒に軸方向への変形を付与することができるので、発電効率の向上を図ることができる。

本発明の第１実施の形態における発電ユニットの上面図である。 （ａ）は、図１（ａ）の矢印ＩＩａ方向から視た発電ユニットの部分拡大側面図であり、（ｂ）は、図２（ａ）の矢印ＩＩｂ方向から視た発電ユニットの部分拡大上面図である。 磁歪材料に作用する応力とその応力作用時の磁束密度との関係を図示するグラフである。 磁歪棒の側面模式図である。 第２実施の形態における発電ユニットの上面図である。 （ａ）は、図５（ａ）の矢印ＶＩａ方向から視た発電ユニットの部分拡大側面図であり、（ｂ）は、図５（ａ）の矢印ＶＩｂ方向から視た発電ユニットの部分拡大上面図である。 磁歪棒の側面模式図である。 （ａ）は、仮想線に直交する仮想平面に対する磁歪棒の傾斜角度とその傾斜角度でのばね定数との関係を図示するグラフであり、（ｂ）は、磁歪棒の上面模式図である。 （ａ）は、第３実施の形態における発電ユニットの上面図であり、（ｂ）は、発電ユニットの側面図である。 （ａ）は、第４実施の形態における発電ユニットの上面図であり、（ｂ）は、発電ユニットの側面図である。 （ａ）は、従来の発電素子の正面図であり、（ｂ）は、発電素子の正面模式図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照して説明する。まず、図１及び図２を参照して、発電ユニット１の全体構成について説明する。

図１は、本発明の第１実施の形態における発電ユニット１の上面図である。また、図２（ａ）は、図１（ａ）の矢印ＩＩａ方向から視た発電ユニット１の部分拡大側面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の矢印ＩＩｂ方向から視た発電ユニット１の部分拡大上面図である。なお、図１及び図２ではコイル３１が模式的に図示される。また、図２（ａ）では第１ヨーク２１及び第２ヨーク２２が、図２（ｂ）では第１ヨーク２１が、それぞれ断面視される。

図１及び図２に示すように、発電ユニット１は、複数（本実施の形態では８個）の発電素子１０を、相対的に強制並進運動（強制振動）する二部材（第１ヨーク２１及び第２ヨーク２２）の間に介設し、それら第１ヨーク２１及び第２ヨーク２２の強制並進運動に伴って各発電素子１０の磁歪棒１１に軸方向（長手方向）の変形を付与することで、磁歪棒１１の逆磁歪効果を利用して、振動発電を行う。

なお、本実施の形態では、第１ヨーク２１が自動車の車体フレームに取着され、第２ヨーク２２がエンジンブラケットに取着される。また、第１ヨーク２１及び第２ヨーク２２は、第１ヨーク２１に対して第２ヨーク２２が、矢印Ｘ１又はＸ２方向（図１紙面垂直方向、図２（ａ）上下方向）に相対的に直進する（強制並進運動する）。

発電素子１０は、磁歪材料から構成されると共に軸方向一端（図２（ａ）左側）及び軸方向他端（図２（ａ）右側）が第１ヨーク２１及び第２ヨーク２２にそれぞれ支持される磁歪棒１１と、その磁歪棒１１に巻回されるコイル３１と、磁歪棒１１に磁極を違えて配設される一対の永久磁石４１，４２と、それら一対の永久磁石４１，４２を連結するバックヨーク５１とを備える。

磁歪棒１１は、厚み寸法（図２（ａ）上側の面と下側の面との間の距離）に対して高さ寸法（図２（ａ）紙面手前側の面と紙面奥側の面との間の距離）が大きな断面長方形の板状体であり、面積が大きな側面を強制並進運動の直進方向（図２（ａ）の矢印Ｘ１，Ｘ２方向）へ向けて配置される。なお、本実施の形態では、磁歪材料として、鉄ガリウム合金が採用される。

第１ヨーク２１及び第２ヨーク２２は、非磁性材料（本実施の形態ではアルミニウム合金）から同軸の円板状に形成される部材であり、第１ヨーク２１に対し第２ヨーク２２が大径とされる。第１ヨーク２１及び第２ヨーク２２には、その上面からは複数（本実施の形態では各８個）の第１支持部２１ａ及び第２支持部２２ａがそれぞれ立設される。なお、第１ヨーク２１及び第２ヨーク２２の形状は任意であり、円板状以外の形状であっても良い。

第１支持部２１ａ及び第２支持部２２ａは、磁歪棒１１の軸方向端部をそれぞれ支持するための板状の部位であり、強制並進運動の直進方向（図２（ａ）の矢印Ｘ１，Ｘ２方向）に沿う仮想線ＳＹを回転軸として回転対称となる位置（即ち、仮想線ＳＹ方向視において、その仮想線ＳＹを中心とする仮想円に沿って周方向等間隔）に配設される。

よって、複数（８個）の磁歪棒１１（発電素子１０）は、軸方向端部が第１支持部２１ａ及び第２支持部２２ａにそれぞれ支持されることで、仮想線ＳＹを回転軸として回転対称に配設される。即ち、各磁歪棒１１（発電素子１０）は、図１に示す上面視（仮想線ＳＹ方向視）において、仮想線ＳＹを中心として放射直線状に延設されると共に、周方向等間隔に配設される。

また、この場合、第１支持部２１ａにより磁歪棒１１の軸方向一端が支持される位置と、第２支持部２２ａにより磁歪棒１１の軸方向他端が支持される位置とが、仮想線ＳＹ方向に沿って互いに離間する位置（即ち、図２（ａ）において異なる高さ位置）に配置される。これにより、各磁歪棒１１は、仮想線ＳＹに直交する方向（図２（ａ）左右方向、即ち、仮想線ＳＹに直交する仮想平面ＩＰ（図４参照））に対して傾斜して配設される。

第１支持部２１ａ及び第２支持部２２ａによる磁歪棒１１の支持（接合）は、各支持部２１ａ，２２ａに凹設されたスリットに磁歪棒１１の端部を挿入し、スリットの内面と磁歪棒１１との間の隙間に接着剤を充填することで行われる。

ここで、図２（ａ）において、第１ヨーク２１及び第２ヨーク２２の相対的な強制並進運動の直進方向（矢印Ｘ１，Ｘ２方向、即ち、仮想線ＳＹ方向）をＸ軸、その直進方向（仮想線ＳＹ方向）に直交する方向（図２（ａ）左右方向）をＹ軸と仮定した場合、この強制並進運動に伴い、磁歪棒１１は、その一端（図２（ａ）左側）に対し他端（図２（ａ）右側）が、Ｙ軸方向（図２（ａ）左右方向の）の変位、及び、Ｚ軸（図２（ａ）紙面垂直方向）周りの回転が拘束された状態で、Ｘ軸に沿って相対的に直進される。

第１支持部２１ａ及び第２支持部２２ａは、磁歪棒１１が突出される面が、磁歪棒１１の軸方向（長手方向）に垂直な平面として形成される。但し、これらの面を磁歪棒１１の軸方向に非垂直な平面（例えば、強制並進運動の直進方向（矢印Ｘ１，Ｘ２方向）に平行な面）としても良い。

コイル３１は、銅線から構成される線材を磁歪棒１１にそれぞれ巻回したコイルである。コイル３１と磁歪棒１１との間には隙間が設けられる。

永久磁石４１，４２及びバックヨーク５１は、磁歪棒１１にバイアス磁界を付与するための部材であり、永久磁石４１，４２は永久磁石から直方体状に、バックヨーク５１は磁性材料から断面矩形の棒状に、それぞれ形成される。永久磁石４１，４２は、磁歪棒１１の一端および他端における側面（図２（ｂ）上側面）にそれぞれ磁着され、バックヨーク５１は、永久磁石４１，４２の間に架設される。

永久磁石４１及び永久磁石４２は、上述したように、磁極を互いに異ならせて磁歪棒１１に配設（磁着）される。即ち、永久磁石４１は、磁歪棒１１に接続される面側にＮ極、バックヨーク５１に接続される面側にＳ極が配置される一方、永久磁石４２は、磁歪棒１１に接続される面側にＳ極、バックヨーク５１に接続される面側にＮ極が配置される。

これにより、磁歪棒１１と、永久磁石４１，４２と、バックヨーク５１とにより磁気ループが形成され、永久磁石４１，４２の起磁力によるバイアス磁界が磁歪棒１１に付与される。その結果、磁歪棒１１の磁化容易方向（磁化の方向または磁化が生じ易い方向）が、磁歪棒１１の軸方向（長手方向）に設定される。

なお、永久磁石４１，４２は、バックヨーク５１に固着され、両者が相対変位不能とされる一方、磁歪棒１１に対しては磁着されるので、両者が相対変位可能（滑動可能）とされる。これにより、強制振動の入力時に、磁歪棒１１の変形が永久磁石４１，４２及びバックヨーク５１により妨げられることが抑制される。

ここで、本実施の形態における発電ユニット１（第１ヨーク２１及び第２ヨーク２２）は、強制並進運動の振幅の原点となる位置に配設される。即ち、この位置（発電ユニット１の初期位置）では、磁歪棒１１に外力が作用せず、無負荷状態とされる。また、この初期位置を基点として、正側および負側（矢印Ｘ１方向または矢印Ｘ２方向）に同一振幅が入力される。

発電ユニット１によれば、強制振動の入力により、第１ヨーク２１に対して第２ヨーク２２が相対的に強制並進運動（矢印Ｘ１，Ｘ２方向への直進運動）されると、複数の発電素子１０の各磁歪棒１１がそれぞれ収縮または伸張され、その逆磁歪効果を利用して、発電を行うことができる。

この場合、発電ユニット１は、複数の発電素子１０における各磁歪棒１１を、強制並進運動の直進方向に沿う仮想線ＳＹを回転軸として回転対称に配設する（即ち、図１に示す上面視において、各磁歪棒１１が仮想線ＳＹを中心として周方向等間隔の放射直線状に配設される）ので、それら各磁歪棒１１に発生する反力同士を互いに打ち消し合わせることができる。よって、発電ユニット１全体として、その力の釣り合いを均一な状態として、第１ヨーク２１及び第２ヨーク２２（即ち、第１ヨーク２１及び第２ヨーク２２が取着される相手部材）の相対的な直進運動が妨げられることを抑制できる。

更に、このように、各磁歪棒１１が仮想線ＳＹを中心として周方向等間隔に配設されることで、第１ヨーク２１に対する第２ヨーク２２の相対的な強制並進運動の方向がずれた場合でも、複数（本実施の形態では８個）の磁歪棒１１の内のいずれかに軸方向の変形を付与して、磁束密度の変化を発生させることができ、その結果、発電を可能とすることができる。

また、発電ユニット１は、複数の発電素子１０における各磁歪棒１１を、強制並進運動の直進方向（仮想線ＳＹ方向）に直交する方向（仮想平面ＩＰ（図４参照））に対して傾斜させて配設するので、その傾斜の分、各磁歪棒１１にそれぞれ軸方向への変形を付与することができる。即ち、１の磁歪棒１１の全体としての変形を、軸方向への伸張または収縮とすることができるので、発電に必要な磁束密度の変化を得ることができ、その結果、強制振動においても、より効率の良い発電を可能とすることができる。

次いで、図３及び図４を参照して、磁歪棒１１の傾斜角度（仮想線ＳＹに直交する仮想平面ＩＰに対する傾斜角度）の設定方法について説明する。図３は、磁歪材料に作用する応力とその応力作用時の磁束密度との関係を図示するグラフであり、図４は、磁歪棒１１の側面模式図である。なお、図３では、実測値の内の代表的な３つの特性のみを図示する。また、図４は、図２（ａ）に対応する。

図３に特性Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３として図示するように、磁歪材料（磁歪棒１１）の磁束密度は、付与される応力（図３では圧縮応力）の値によって変化すると共に、その応力の変化に対する磁束密度の変化の態様は、永久磁石４１，４２により付与される磁歪棒１１のバイアス磁界の大きさに応じて異なる。なお、特性Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３のそれぞれのバイアス磁界は、７．８ｋＡ／ｍ、２３．４ｋＡ／ｍ及び３９．０ｋＡ／ｍである。

発電ユニット１の発電効率を高めるためには、磁歪棒１１に作用する応力の変化に対して、磁束密度の変化が大きな領域（即ち、傾きが大きい領域）で使用されることが好ましい。また、発電ユニット１は、上述したように、強制並進運動の振幅の原点において無負荷状態とされるので、図３の原点付近（即ち、応力が０ＭＰａ）から磁束密度が大きく変化する特性であることが好ましい。

この点より、図３に図示される３つの態様であれば、原点付近から傾きの大きな線形領域を得ることのできる特性Ｓ１が好ましい。なお、バイアス磁界を特性Ｓ１の場合（７．８ｋＡ／ｍ）よりも小さくした場合には、磁束密度の変化が飽和する（即ち、傾きが小さくなる）最大応力（特性Ｓ１の場合は約５０ＭＰａ）が小さくなり、使用できる（即ち、発電に寄与する）応力範囲が狭くなる。

このように、使用する磁歪材料を用いて、図３に示す応力と磁束密度の関係を作成することで、磁歪棒１１に付与すべきバイアス磁界の大きさを決定することができ、本実施の形態では、特性Ｓ１が採用され、バイアス磁界の大きさが７．８ｋＡ／ｍと決定される。その結果、使用すべき永久磁石４１，４２の特性、及び、磁歪棒１１に付与すべき最大応力（約５０ＭＰａ）を得ることができる。

図４に示すように、磁歪棒１１の軸方向（長手方向）の長さ寸法（第１支持部２１ａ及び第２支持部２２ａによる支持部位間の距離）をＬ、強制振動により入力される振幅（図２（ａ）の矢印Ｘ１方向の振幅）をＤ、仮想線ＳＹ（図２（ａ）参照）に直交する仮想平面ＩＰに対する磁歪棒１１の傾斜角度をθ、と定義する。

この場合、磁歪棒１１の軸方向の収縮量（たわみ量）は、Ｄ×ｓｉｎθであるので、磁歪棒１１の軸方向のひずみεは、ε＝Ｄ×ｓｉｎθ／Ｌとなり、よって、磁歪棒１１の軸方向の応力（圧縮応力）は、σ＝Ｅ×ε＝Ｅ×（Ｄ×ｓｉｎθ／Ｌ）となる（以下「式１」と称す）。なお、Ｅは、磁歪棒１１のヤング率（本実施の形態ではＥ＝７００００Ｎ／平方ｍｍ）である。

上述したように、本実施の形態では、磁歪棒１１に作用すべき応力σの最大値は５０ＭＰａである（即ち、磁歪棒１１に０ＭＰａ〜５０ＭＰａの範囲での応力変動を付与する形態が、磁束密度の変化が大きくなり、最も発電効率が良い。図３参照）。よって、式１において、応力σが５０ＭＰａとなるように、振幅Ｄ、傾斜角度θ及び磁歪棒１１の長さ寸法Ｌをそれぞれ設定することで、傾斜角度θが決定される。

なお、発電素子１０の使用環境（即ち、第１ヨーク２１及び第２ヨーク２２の間隔および相対変位量）により振幅Ｄ及び磁歪棒１１の長さ寸法Ｌがそれぞれ確定している場合には、傾斜角度θが一の値に決定される。

次いで、図５から図８を参照して、第２実施の形態について説明する。第１実施の形態では、磁歪棒１１の両端が回転不能に固着される場合を説明したが、第２実施の形態における磁歪棒１１は、その両端が回転可能に軸支される。なお、上述した第１実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。

図５は、第２実施の形態における発電ユニット２０１の上面図である。また、図６（ａ）は、図５（ａ）の矢印ＶＩａ方向から視た発電ユニット２０１の部分拡大側面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の矢印ＶＩｂ方向から視た発電ユニット２０１の部分拡大上面図である。

第２実施の形態では、第１ヨーク２１及び第２ヨーク２２の上面から複数（本実施の形態では各８個）の第１支持部２２１ａ及び第２支持部２２２ａがそれぞれ立設され、それら第１支持部２２１ａ及び第２支持部２２２ａに、第１取着部２２１ｂ及び第２取着部２２２ｂがそれぞれ回転可能に軸支されると共に、第１取着部２２１ｂ及び第２取着部２２２ｂに、発電素子１０（磁歪棒１１）の両端がそれぞれ取着（支持）される。

第１支持部２２１ａ及び第２支持部２２２ａは、第１実施の形態の場合と同様に、強制並進運動の直進方向（図６（ａ）の矢印Ｘ１，Ｘ２方向）に沿う仮想線ＳＹを回転軸として回転対称となる位置（即ち、図５に示す仮想線ＳＹ方向視において、その仮想線ＳＹを中心として周方向等間隔の放射直線状）に配設される。

よって、これら第１支持部２２１ａ及び第２支持部２２２ａに支持される複数（８個）の磁歪棒１１（発電素子１０）も、仮想線ＳＹを回転軸として回転対称に配設される。即ち、各磁歪棒１１（発電素子１０）は、第１実施の形態の場合と同様に、図５に示す上面視（仮想線ＳＹ方向視）において、仮想線ＳＹを中心として放射直線状に延設されると共に、周方向等間隔に配設される。

第１取着部２２１ｂ及び第２取着部２２２ｂは、非磁性材料（本実施の形態ではアルミニウム合金）から構成される部材である。この第１取着部２２１ｂ及び第２取着部２２２ｂによる磁歪棒１１の支持（接合）は、各取着部２２１ｂ，２２２ｂに凹設されたスリットに磁歪棒１１の端部を挿入し、スリットの内面と磁歪棒１１との間の隙間に接着剤を充填することで行われる。

第１取着部２２１ｂ及び第２取着部２２２ｂには、磁歪棒１１の軸方向端面に対向する位置に転がり軸受ＢＲが配設される。転がり軸受ＢＲは、各取着部２２１ｂ，２２２ｂの受入穴に圧入される外輪と、その外輪の内周に位置し軸ＡＸが固着される内輪と、それら内輪および外輪の間に転動可能に配設される転動体とを備える。本実施の形態では、転がり軸受ＢＲが玉軸受として構成され、ラジアル荷重およびアキシャル荷重の両方を支持可能とされる。

転がり軸受ＢＲは、その回転軸を、強制並進運動の直進方向（矢印Ｘ１，Ｘ２方向）と直交する方向（図６（ａ）紙面垂直方向）に向けた姿勢で第１取着部２２１ｂ及び第２取着部２２２ｂにそれぞれ配設されると共に、磁歪棒１１の軸方向（長手方向）の延長線上に位置する。即ち、例えば、磁歪棒１１の両端に配設される転がり軸受ＢＲの回転軸をそれぞれ含む仮想平面は、磁歪棒１１の厚み方向（図６（ａ）上下方向寸法）中央に位置する。

第１支持部２２１ａ及び第２支持部２２２ａには、軸ＡＸがそれぞれ固着されると共に各軸ＡＸが側面から突設される。各軸ＡＸは、第１取着部２２１ｂ及び第２取着部２２２ｂの転がり軸受ＢＲの内輪にそれぞれ固着される。これにより、各取着部２２１ｂ，２２２ｂ（磁歪棒１１の両端）が、第１支持部２２１ａ及び第２支持部２２２ａに回転可能に軸支される。

よって、第２実施の形態では、図６（ａ）において、強制並進運動の直進方向（矢印Ｘ１，Ｘ２方向、即ち、仮想線ＳＹ方向）をＸ軸、その直進方向（仮想線ＳＹ方向）に直交する方向（図６（ａ）左右方向）をＹ軸と仮定した場合、磁歪棒１１（及び両取着部２２１ｂ，２２２ｂ）は、その一端（図６（ａ）左側）に対し他端（図６（ａ）右側）が、Ｙ軸方向（図６（ａ）左右方向の）の変位が拘束された状態で、Ｘ軸に沿って相対的に直進される。一方、Ｚ軸（図６（ａ）紙面垂直方向、即ち、軸ＡＸ）周りの回転は拘束されず、転がり軸受ＢＲにより回転可能とされる。即ち、磁歪棒１１には、軸方向への伸張または収縮のみが付与される。

このように、発電ユニット２０１によれば、磁歪棒１１の一端および他端に取着される第１取着部２２１ｂ及び第２取着部２２２ｂが、転がり軸受ＢＲを介して、第１支持部２２１ａ及び第２支持部２２２ａにそれぞれ回転可能に軸支されるので、回転方向の拘束（回転トルクの伝達）を抑制し、その分、磁歪棒１１がＳ字状に変形することを抑制できる。これにより、１の磁歪棒において伸張する部分と収縮する部分とが形成され、これらが磁束密度の変化を打ち消し合うことを抑制できるので、発電に必要な磁束密度の変化を得ることができ、その結果、強制振動においても、発電を可能とすることができる。

また、このように、磁歪棒１１（各取着部２２１ｂ，２２２ｂ）が、転がり軸受ＢＲを介して、第１支持部２２１ａ及び第２支持部２２２ａに回転可能に軸支されることで、その分、磁歪棒１１をＳ字状に変形させる力（即ち、発電に寄与しない変形に要する力）を少なくできる。その結果、より少ない力で磁歪棒１１に軸方向への変形を付与することができるので、発電効率の向上を図ることができる。

ここで、第１支持部２２１ａにより第１取着部２２１ｂ（磁歪棒１１の軸方向一端）が回転可能に軸支される位置と、第２支持部２２２ａにより第２取着部２２２ｂ（磁歪棒１１の軸方向他端）が回転可能に軸支される位置とが、仮想線ＳＹ方向に沿って互いに離間する位置（即ち、図６（ａ）において異なる高さ位置）に配置される。

これにより、各磁歪棒１１は、仮想線ＳＹに直交する仮想平面ＩＰ（図７参照）に対して傾斜して配設される。よって、この傾斜の分、発電ユニット２０１は、各磁歪棒１１に軸方向への変形を付与しやすくすることができる。よって、発電に必要な磁束密度の変化を大きくして、発電効率の向上を図ることができる。

なお、発電ユニット２０１は、第１実施の形態の場合と同様に、第１ヨーク２１及び第２ヨーク２２が、強制並進運動の振幅の原点となる位置に配設される。即ち、この位置（発電ユニット２０１の初期位置）では、磁歪棒１１に外力が作用せず、無負荷状態とされる。また、この初期位置を基点として、正側および負側（矢印Ｘ１方向または矢印Ｘ２方向）に同一振幅が入力される。

次いで、図７を参照して、仮想線ＳＹに直交する仮想平面ＩＰ対する磁歪棒１１の傾斜角度θの設定方法について説明する。図７は、磁歪棒１１の上面模式図である。なお、図７は、図６（ａ）に対応する。

傾斜角度θの算出においては、まず、磁歪棒に付与すべきバイアス磁界の大きさ、及び、磁歪棒１１に付与すべき最大応力を決定する。この決定方法については、第１実施の形態の場合と同様であるので（図３参照）、その説明は省略する。

図７に示すように、磁歪棒１１の軸方向（長手方向）の長さ寸法（第１取着部２２１ｂ及び第２取着部２２２ｂによる支持部位間の距離）をＬ、強制振動により入力される振幅（図６（ａ）の矢印Ｘ１方向の振幅）をＤ、仮想線ＳＹに直交する仮想平面ＩＰに対する磁歪棒１１の傾斜角度をθ、と定義する。

この場合、第１実施の形態の場合と同様に、磁歪棒１１の軸方向の収縮量（たわみ量）がＤ×ｓｉｎθとなり、磁歪棒１１の軸方向のひずみεがε＝Ｄ×ｓｉｎθ／Ｌとなることから、磁歪棒１１の軸方向の応力（圧縮応力）は、上述した式１（即ち、σ＝Ｅ×ε＝Ｅ×（Ｄ×ｓｉｎθ／Ｌ））となる。

よって、この式１において、応力σが、磁歪棒１１に作用すべき応力σの最大値となるように、振幅Ｄ、傾斜角度θ及び磁歪棒１１の長さ寸法Ｌをそれぞれ設定することで、傾斜角度θが決定される。なお、第１実施の形態の場合と同様に、発電素子１の使用環境により振幅Ｄ及び磁歪棒１１の長さ寸法Ｌがそれぞれ確定している場合には、傾斜角度θが一の値に決定される。

次いで、図８を参照して、発電ユニット２０１（各発電素子１０）のばね定数Ｋについて説明する。図８（ａ）は、仮想線ＳＹに直交する仮想平面ＩＰに対する磁歪棒１１の傾斜角度θとその傾斜角度θでのばね定数Ｋとの関係を図示するグラフであり、図８（ｂ）は、磁歪棒１１の上面模式図である。なお、図８（ａ）は、傾斜角度θが比較的小さな領域での関係を図示するものであり、よって、特性Ｓ４，Ｓ５が模式的に直線状に図示される。

図８（ａ）では、本実施の形態における発電ユニット２０１（磁歪棒１１）の傾斜角度θとばね定数Ｋとの関係が特性Ｓ４として、比較品の傾斜角度θとばね定数Ｋとの関係が特性Ｓ５として、それぞれ図示される。比較品は、軸ＡＸ及び転がり軸受ＢＲが省略され第１取着部２２１ｂ及び第２取着部２２２ｂが第１支持部２２１ａ及び第２支持部２２２ａにそれぞれ相対変位不能に固着される点が発電ユニット２０１と異なり、その他は発電ユニット２０１と同一に構成される。

ここで、ばね定数Ｋとは、図８（ｂ）に示すように、第１支持部２２１ａ（第１取着部２２１ｂ）に対し第２支持部２２２ａ（第２取着部２２２ｂ）を強制並進運動の直進方向（矢印Ｘ１，Ｘ２方向）に移動させる（即ち、磁歪棒１１を変形させる）際に必要な荷重をその移動量（矢印Ｘ１方向変位）で割った定数である。

比較品のばね定数Ｋは、次のようにして得られる。即ち、図８（ｂ）に示すように、磁歪棒１１の軸方向（長手方向）におけるばね定数Ｋａと、磁歪棒１１の軸直角方向におけるばね定数Ｋｒとから、それら両ばね定数Ｋａ，Ｋｒの合成ばね定数Ｋｓを幾何学的に算出する。これにより、比較品のばね定数Ｋを、合成ばね定数Ｋｓの矢印Ｘ１方向成分（＝Ｋｓ×ｓｉｎ（θ＋α））として得ることができる。

なお、ばね定数Ｋａは、Ｋａ＝Ｅ×Ｓ／Ｌにより算出され、ばね定数ｋｒは、Ｋｒ＝Ｇ×Ｓ／Ｌにより算出される。Ｅは磁歪棒１１のヤング率、Ｓは磁歪棒１１の軸直角断面における断面積、Ｇは磁歪棒１１の横弾性係数（＝Ｅ／（２×（１＋Ｐ）））、Ｐは磁歪棒１１のポアソン比である。また、ばね定数Ｋｓ及び角度αは、ばね定数Ｋａ及びばね定数Ｋｒから幾何学的に算出される（Ｋｓ＝（Ｋａ２＋Ｋｒ２）１／２、α＝ｔａｎ−１（Ｋｒ／Ｋａ））。

このように、比較品のばね定数Ｋは、Ｋ＝Ｋｓ×ｓｉｎ（θ＋α）となる。比較品は、強制並進運動（矢印Ｘ１方向変位）の入力に伴い、磁歪棒１１が、軸方向への収縮だけでなく、Ｓ字状にも曲げられるため、その分、軸方向のばね定数Ｋａに比例する荷重だけでなく、軸直角方向のばね定数Ｋｒに比例する荷重も発生する。即ち、角度αが０にはならないため、比較品のばね定数Ｋは、図８（ａ）に特性Ｓ５で示すように、傾斜角度θが０の場合に縦軸切片（磁歪棒１１をＳ字状に曲げるのに要する分）を有し、傾斜角度θに応じて所定の傾き（磁歪棒１１を軸方向に収縮させるのに要する分）で増加する。

一方、本実施の形態における発電ユニット２０１は、磁歪棒１１（第１取着部２２１ｂ及び第２取着部２２２ｂ）の一端および他端の両端が、転がり軸受ＢＲを介して、第１支持部２２１ａ及び第２支持部２２２ａに回転可能に軸支され、回転方向に拘束されない（回転トルクが伝達されない）ため、強制並進運動（矢印Ｘ１方向変位）の入力に伴う磁歪棒１１の変形は、軸方向への収縮のみであり、Ｓ字状に曲げる変形は生じない。よって、軸方向のばね定数Ｋａに比例する荷重だけが発生し、軸直角方向のばね定数Ｋｒに比例する荷重は発生しない。

その結果、本実施の形態における発電ユニット２０１のばね定数Ｋは、Ｋ＝Ｋａ×ｓｉｎθとなり、図８（ａ）に特性Ｓ４で示すように、磁歪棒１１をＳ字状に曲げるのに要する荷重が不要となったことで、原点を通り、傾斜角度θに応じて所定の傾き（磁歪棒１１を軸方向に収縮させるのに要する分）で増加する。即ち、本実施の形態における発電ユニット２０１のばね定数Ｋ（特性Ｓ４）は、比較品のばね定数Ｋ（特性Ｓ５）に対し、磁歪棒１１をＳ字状に曲げるのに要する荷重が不要となった分だけ、図８（ａ）において下方に平行移動された特性となる。

このように、本実施の形態における発電ユニット２０１（特性Ｓ４）は、比較品（特性Ｓ５）に対し、強制並進運動の直進方向（矢印Ｘ１方向）におけるばね定数Ｋが小さくされるので、その分、磁歪棒１１をＳ字状に変形させる力（即ち、発電に寄与しない変形に要する力）を少なくできる。その結果、より少ない力で磁歪棒１１に軸方向への変形を付与することができるので、発電効率の向上を図ることができる。

次いで、図９を参照して、第３実施の形態について説明する。第１実施の形態では、仮想線ＳＹが回転軸となる回転対称に複数の発電素子１０を配設して発電ユニット１を構成する場合を説明したが、第３実施の形態における発電ユニット３０１は、仮想平面ＩＰが対称面となる面対称に複数の発電素子１０が配設される。なお、上述した第１実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。

図９（ａ）は、第３実施の形態における発電ユニット３０１の上面図であり、図９（ｂ）は、発電ユニット３０１の側面図である。

図９に示すように、発電ユニット３０１は、仮想平面ＩＰを挟んで対向配置される一対一組の発電素子１０を複数組（本実施の形態では４組）備え、各組が、高さ方向（図９（ｂ）上下方向）に順に積み重ねられた状態で、第１ヨーク３２１及び第２ヨーク３２２の間に介設される。

第１ヨーク３２１は、断面矩形（上面視矩形）の棒状体として形成される棒状部と、その棒状体の互いに対向する側面から外方へ向けて張り出す上面視矩形の板状体として形成される複数（本実施の形態では８個）の板状部とを備える。第２ヨーク３２２は、上面視矩形の板状体として形成され、第１ヨーク３２１の下面に所定間隔を隔てて対向配置される。これら第１ヨーク３２１及び第２ヨーク３２２は、仮想平面ＩＰを対称面として面対称に配設される。

第１ヨーク３２１の板状部の上面には、それぞれ１個ずつ合計８個の第１支持部３２１ａが配設され、第２ヨーク３２２の上面には、第１ヨーク３２１を挟んで、２個の第２支持部３２２ａが立設される。これら第１支持部３２１ａ及び第２支持部３２２ａは、磁歪棒１１の軸方向端部をそれぞれ支持する部材であり、非磁性材料（本実施の形態ではアルミニウム合金）から板状に形成されると共に、仮想平面ＩＰを対称面として面対称に配置される。

複数（８個）の磁歪棒１１（発電素子１０）は、軸方向一端が第１支持部３２１ａに、軸方向他端が第２支持部３２２ａに、それぞれ支持される。この場合、複数組（４組）の磁歪棒１１（発電素子１０）は、仮想平面ＩＰを対称面としてそれぞれ面対称に配置される。

また、この場合、第１支持部３２１ａにより磁歪棒１１の軸方向一端が支持される位置と、第２支持部３２２ａにより磁歪棒１１の軸方向他端が支持される位置とが、仮想平面ＩＰに平行な方向（図９（ｂ）上下方向）に沿って互いに離間する位置（即ち、図９（ｂ）において異なる高さ位置）に配置される。これにより、各磁歪棒１１は、仮想平面ＩＰに直交する仮想平面に対して傾斜して配設される。

第１支持部３２１ａ及び第２支持部３２２ａによる磁歪棒１１の支持（接合）は、各支持部３２１ａ，３２２ａに凹設されたスリットに磁歪棒１１の端部を挿入し、スリットの内面と磁歪棒１１との間の隙間に接着剤を充填することで行われる。

第２ヨーク３２２は、第１ヨーク３２１に対して、仮想平面ＩＰに平行な方向（図９（ｂ）上下方向）に相対的に直進する（強制並進運動する）。この場合、図９（ｂ）において、強制並進運動の直進方向（図９（ｂ）上下方向）をＸ軸、この直進方向に直交する方向（図９（ｂ）左右方向）をＹ軸と仮定した場合、この強制並進運動に伴い、磁歪棒１１は、その一端（第１支持部３２１ａに支持される側）に対し他端（第２支持部３２２ａに支持される側）が、Ｙ軸方向（図９（ｂ）左右方向の）の変位、及び、Ｚ軸（図９（ｂ）紙面垂直方向）周りの回転が拘束された状態で、Ｘ軸に沿って相対的に直進される。

ここで、本実施の形態における発電ユニット３０１（第１ヨーク３２１及び第２ヨーク３２２）は、強制並進運動の振幅の原点となる位置に配設される。即ち、この位置（発電ユニット１の初期位置）では、磁歪棒１１に外力が作用せず、無負荷状態とされる。また、この初期位置を基点として、正側および負側（図９（ｂ）上方向または下方向）に同一振幅が入力される。

発電ユニット３０１によれば、強制振動の入力により、第１ヨーク３２１に対して第２ヨーク３２２が相対的に強制並進運動（仮想平面ＩＰに平行な方向への直進運動）されると、複数の発電素子１０の各磁歪棒１１がそれぞれ収縮または伸張され、その逆磁歪効果を利用して、発電を行うことができる。

この場合、複数の発電素子１０は、各磁歪棒１１を、強制並進運動の直進方向に平行な仮想平面ＩＰを対称面として面対称に配設する（即ち、一対一組の磁歪棒１１同士が仮想平面を挟んで対向して配設される）ので、各磁歪棒１１に発生する反力同士を各組において互いに打ち消し合わせることができる。よって、発電ユニット３０１全体として、その力の釣り合いを均一な状態として、第１ヨーク３２１及び第２ヨーク３２２（即ち、第１ヨーク３２１及び第２ヨーク３２２が取着される相手部材）の相対的な直進運動が妨げられることを抑制できる。

次いで、図１０を参照して、第４実施の形態について説明する。第１実施の形態では、仮想線ＳＹが回転軸となる回転対称に複数の発電素子１０を配設して発電ユニット１を構成する場合を説明したが、第４実施の形態における発電ユニット４０１は、仮想平面ＩＰが対称面となる面対称に複数の発電素子１０が配設される。なお、上述した第１実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。

図１０（ａ）は、第４実施の形態における発電ユニット４０１の上面図であり、図１０（ｂ）は、発電ユニット４０１の側面図である。

図１０に示すように、発電ユニット４０１は、仮想平面ＩＰを挟んで対向配置される一対一組の発電素子１０を複数組（本実施の形態では４組）備え、各組が、幅方向（図１０（ａ）上下方向）に所定間隔を隔てて並設された状態で、第１ヨーク４２１及び第２ヨーク４２２の間に介設される。即ち、発電ユニット４０１は、仮想平面ＩＰを対称面として面対称に構成される。

なお、第４実施の形態における発電ユニット４０１は、第３実施の形態における発電ユニット３０１に対し、一対一組の発電素子１０が、第３実施の形態の場合のように高さ方向（図９（ｂ）上下方向）ではなくて、幅方向（図１０（ａ）上下方向）に並設される点のみが異なり、他の構成は同一とされる。

よって、発電ユニット４０１においても、一対一組の発電素子１０がそれぞれ仮想平面を挟んで対向して配設（即ち、仮想平面ＩＰを対称面として面対称に配設）されることで、各磁歪棒１１に発生する反力同士を各組において互いに打ち消し合わせることができる。よって、発電ユニット４０１全体として、その力の釣り合いを均一な状態として、第１ヨーク４２１及び第２ヨーク４２２（即ち、第１ヨーク４２１及び第２ヨーク４２２が取着される相手部材）の相対的な直進運動が妨げられることを抑制できる。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

上記各実施の形態で挙げた数値は一例であり、他の数値を採用することは当然可能である。

上記各実施の形態では、初期位置（強制並進運動の振幅の原点にある状態）では磁歪棒１１が無負荷状態とされる状態で発電素子１０（発電ユニット１〜４０１）が使用（配置）される場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、初期位置において、磁歪棒１１に一定荷重が付与される状態で発電素子１０を使用しても良い。即ち、磁歪棒１１を軸方向に収縮させた（軸方向に圧縮応力を付与した）状態で、発電素子１０を構成（使用）しても良い。

ここで、このように、磁歪棒１１に初期応力（初期圧縮応力）を付与する場合には、永久磁石４１，４２の磁力を変更し、付与するバイアス磁界の値を設定し直す。例えば、磁歪棒１１に付与される初期応力が８０ＭＰａであれば、磁歪棒１１に８０ＭＰａ〜１３０ＭＰａの範囲での応力変動を付与できるように、バイアス磁界を２３．４ｋＡ／ｍとする。これにより、図３の特性Ｓ２における線形領域を使用できるので、発電効率の向上を図ることができる。なお、バイアス磁界の値だけでなく、長さ寸法Ｌ等の他のパラメータも併せて変更することは当然可能である。

上記各実施の形態では、各発電ユニット１〜４０１には、初期位置を基点として、正側および負側に同一振幅が入力される（即ち、磁歪棒１１が軸方向への収縮および伸張を周期的に繰り返す）場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、初期位置を基点として各発電ユニット１〜４０１に入力される振幅が正側または負側の一方のみ（即ち、磁歪棒１１が軸方向への収縮と回復または軸方向への伸張と回復を周期的に繰り返す）ように構成（第１ヨーク２１〜４２１及び第２ヨーク２２〜４２２を相手部材に配置）しても良い。

上記各実施の形態では、その説明を省略したが、発電素子１０の適用対象として、自動車を例示したが、必ずしもこれに限られるものではなく、船舶や鉄道車両などの移動体、工場設備（例えば、プレス機）などの固定物、人体などであっても良い。即ち、その移動や駆動、運動に起因して少なくとも強制振動（共生並進運動）を発生するものであれば良くその形態は限定されない。

また、第１ヨーク２１及び第２ヨーク２２の取り付け対象として、自動車の車体フレーム及びエンジンブラケットを例示したが、これに限られるものではない。例えば、自動車の車体フレーム及びサスペンションアーム、自動車の車体フレームとドア、などであっても良い。いずれの場合であっても、第１ヨーク２１及び第２ヨーク２２は、例えば、車体フレーム及びエンジンブラケットに直接配設される必要はない。即ち、車体フレーム及びエンジンブラケットは必ずしも強制並進運動のみを発生させるものではないので、車体フレームに対するエンジンブラケットの相対移動に伴い強制並進運動する二部材を備えた構造体を設け、その構造体の二部材に第１ヨーク２１及び第２ヨーク２２をそれぞれ配設することが好ましい。

上記第１実施の形態では、第１支持部２１ａ及び第２支持部２２ａに凹設されたスリットに磁歪棒１１の端部を挿入し、スリットの内面と磁歪棒１１との間の隙間に接着剤を充填することで、両者を接合する場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、第１支持部２１ａ及び第２支持部２２ａを圧縮変形させ、スリットの内面を磁歪棒１１に密着させる方法や、各支持部２１ａ，２２ａと磁歪棒１１とを締結ねじにより締結固定する方法、或いは、これらを組み合わせた方法であっても良い。第２から第４実施の形態における磁歪棒１１と各取着部２２１ｂ，２２２ｂ又は各支持部３２１ａ，３２２ａ，４２１ａ，４２２ａとの接合についても同様である。

上記第１及び第２実施の形態では、仮想線ＳＹを回転軸として回転対称となる位置に配設される発電素子１０の配設数が偶数個である場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、仮想線ＳＹを回転軸として回転対称となる位置に配置されれば、発電素子１０の配設個数は奇数個であっても良い。奇数個であっても、各発電素子１０（磁歪棒１１）に発生する反力同士を互いに打ち消し合わせて、発電ユニット１全体として、その力の釣り合いを均一な状態とすることができる。

上記第２実施の形態では、転がり軸受ＢＲが、第１取着部２２１ｂ及び第２取着部２２２ａに配設されると共に、軸ＡＸが、第１支持部２２１ａ及び第２支持部２２２ａに配設される場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、これとは逆に、転がり軸受ＢＲが、第１支持部２２１ａ及び第２支持部２２２ａに配設され、軸ＡＸが、第１取着部２２１ｂ及び第２取着部２２２ｂに配設される構成であっても良い。

上記第２実施の形態では、転がり軸受ＢＲが玉軸受として構成される場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、他の種類の転がり軸受であっても良い。他の種類の転がり軸受としては、例えば、ころ軸受、針軸受、円錐ころ軸受、球面ころ軸受、スラスト軸受などが例示される。

上記第２実施の形態では、転がり軸受ＢＲを使用する場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、転がり軸受ＢＲを省略しても良い。即ち、磁歪棒１１（第１取着部２２１ｂ及び第２取着部２２２ｂ）の一端または他端が、第１支持部２２１ａ又は第２支持部２２２ａに回転可能に軸支されていれば足りる趣旨である。よって、転がり軸受ＢＲに代えて、滑り軸受を採用しても良い。或いは、軸ＡＸを、第１取着部２２１ｂ又は第２取着部２２２ｂの受入穴が直接軸支しても良い。

上記第２実施の形態では、磁歪棒１１（第１取着部２２１ｂ及び第２取着部２２２ｂ）の一端および他端の両端を、第１支持部２２１ａ及び第２支持部２２２ａに回転可能に軸支する場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、一端または他端の一方のみを回転可能とし、一端または他端の他方は回転不能に固着する構成であっても良い。

上記第３実施の形態および第４実施の形態に、第２実施の形態における回転軸支構造を適用しても良い。即ち、第３実施の形態または第４実施の形態において、磁歪棒１１の端部に、第２実施のおける第１取着部２２１ｂ及び第２取着部２２２ｂを取着し、それら第１取着部２２１ｂ及び第２取着部２２２ｂを、軸ＡＸ及び転がり軸受ＢＲを介して、第１支持部３２１ａ，４２１ａ及び第２支持部３２２ａ，４２２ａに回転可能に軸支させても良い。

上記各実施の形態では、複数の発電素子１０のそれぞれの傾斜方向が同一である場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、傾斜方向が異なるものを組み合わせても良い。

例えば、第１実施の形態の発電ユニット１において、仮想線ＳＹに直交する仮想平面に対して、第２支持部２２ａ側が下降傾斜する発電素子１０（図２（ａ）に示すもの）と、第２支持部２２ａ側が上昇傾斜する発電素子１０（図２（ａ）に示すものと傾斜方向が逆方向のもの）とを、仮想線ＳＹを回転軸として回転対称となる位置に配設しても良い（即ち、図１に示す上面視において、下降傾斜する発電素子１０と上昇傾斜する発電素子１０とを仮想線ＳＹを中心として周方向等間隔に交互に配置する）。第２実施の形態における発電ユニット２０１についても同様である。なお、仮想線ＳＹに直交する仮想平面に対する上昇傾斜および下降傾斜の傾斜角度は、同一であることが好ましい。

また、第３実施の形態における発電ユニット３０１において、仮想平面ＩＰを挟んで対向配置される一対一組の発電素子１０を単位とし、仮想平面ＩＰに直交する仮想平面に対して、第２支持部３２２ａ側が下降傾斜する組（図９に示すもの）と、第２支持部３２２ａ側が上昇傾斜する組（図９に示すものと傾斜方向が逆方向のもの）とを、同数配設しても良い。第４実施の形態における発電ユニット４０１についても同様である。なお、仮想線ＳＹに直交する仮想平面に対する上昇傾斜および下降傾斜の傾斜角度は、同一であることが好ましい。また、第４実施の形態における発電ユニット４０１では、下降傾斜する組と上昇傾斜する組とを幅方向（図１０（ａ）上下方向）に交互に配設することが好ましい。かかる幅方向において、力の釣り合いを均一な状態として、第１ヨーク４２１及び第２ヨーク４２２の相対的な直進運動が妨げられることを抑制するためである。

このように、傾斜方向が異なる発電素子１０を組み合わせることで、例えば、強制並進運動が正側に入力される場合には、上昇傾斜される磁歪棒１１を伸張させると共に下降傾斜される磁歪棒１１を収縮させ、強制並進運動が負側に入力される場合には、磁歪棒１１の変形方向を反転させ、上昇傾斜される磁歪棒１１を収縮させると共に下降傾斜される磁歪棒１１を伸張させることができる。これにより、発電に必要な磁束密度の時間的変化が断続的とならず、連続させることができるので、発電を安定的に行うことができる。
＜その他＞
＜手段＞
技術的思想１の発電ユニットは、磁歪材料から構成される磁歪棒と、前記磁歪棒に巻回されるコイルと、前記磁歪棒の一端および他端にそれぞれ磁極を違えて配設される一対の永久磁石と、それら一対の永久磁石を連結するバックヨークと、を有する発電素子を備え、前記磁歪棒が伸張または収縮することで、発電を行うものであり、２以上の前記発電素子と、前記２以上の発電素子の各磁歪棒の一端を支持する第１ヨークと、前記２以上の発電素子の各磁歪棒の他端を支持する第２ヨークと、を備え、前記第１ヨークに対する第２ヨークの相対移動が強制並進運動であり、前記強制並進運動の直進方向に沿う仮想線を回転軸として前記２以上の発電素子が回転対称に配設される。
技術的思想２の発電ユニットは、磁歪材料から構成される磁歪棒と、その磁歪棒に巻回されるコイルと、前記磁歪棒の一端および他端にそれぞれ磁極を違えて配設される一対の永久磁石と、それら一対の永久磁石を連結するバックヨークと、を有する発電素子を備え、前記磁歪棒が伸張または収縮することで、発電を行うものであり、２以上の前記発電素子と、前記２以上の発電素子の各磁歪棒の一端を支持する第１ヨークと、前記２以上の発電措置の各磁歪棒の他端を支持する第２ヨークと、を備え、前記第１ヨークに対する第２ヨークの相対移動が強制並進運動であり、前記強制並進運動の直進方向に平行な仮想平面を対称面として前記２以上の発電素子が面対称に配設されることを特徴とする発電ユニット。
技術的思想３の発電ユニットは、技術的思想１又は２に記載の発電ユニットにおいて、前記２以上の発電素子のそれぞれは、前記磁歪棒が、前記仮想平面に直交する方向または前記仮想線に直交する方向に対して傾斜して配設される。
技術的思想４の発電ユニットは、技術的思想１から３のいずれかに記載の発電ユニットにおいて、前記２以上の発電素子のそれぞれは、前記磁歪棒の一端または他端の少なくとも一方が、前記第１ヨークまたは第２ヨークに回転可能に軸支される。
技術的思想５の発電ユニットは、技術的思想１から４のいずれかに記載の発電ユニットにおいて、前記２以上の発電素子のそれぞれは、前記磁歪棒の一端および他端の両端が、前記第１ヨークおよび第２ヨークにそれぞれ回転可能に軸支される。
技術的思想６の発電ユニットは、技術的思想５記載の発電ユニットにおいて、転がり軸受を備え、前記２以上の発電素子のそれぞれは、前記転がり軸受を介して、前記磁歪棒の一端および他端の両端が、前記第１ヨークおよび第２ヨークにそれぞれ回転可能に軸支される。
＜効果＞
技術的思想１又は２に記載の発電ユニットによれば、第１ヨークに対して第２ヨークが相対的に強制並進運動されることで、２以上の発電素子の各磁歪棒がそれぞれ収縮または伸張され、その逆磁歪効果を利用して、発電が行われる。この場合、２以上の発電素子は、各磁歪棒を、強制並進運動の直進方向に沿う仮想線を回転軸として回転対称に配設する（即ち、各磁歪棒が仮想線を中心として周方向等間隔の放射直線状に配設される）、又は、強制並進運動の直進方向に平行な仮想平面を対称面として面対称に配設する（即ち、一対の磁歪棒同士が仮想平面を挟んで対向して配設される）ので、それら各磁歪棒に発生する反力同士を互いに打ち消し合わせることができる。よって、発電ユニット全体として、その力の釣り合いを均一な状態として、第１ヨーク及び第２ヨークの相対的な直進運動が妨げられることを抑制できる。
また、技術的思想１記載の発電ユニットによれば、各磁歪棒を、強制並進運動の直進方向に沿う仮想線を回転軸として回転対称に配設する（即ち、仮想線を中心として周方向等間隔に配設する）ので、第１ヨークに対する第２ヨークの相対的な強制並進運動の方向がずれた場合でも、２以上の磁歪棒の内のいずれかに軸方向の変形を付与して、磁束密度の変化を発生させることができ、その結果、発電を可能とすることができる。
技術的思想３記載の発電ユニットによれば、技術的思想１又は２に記載の発電ユニットの奏する効果に加え、２以上の発電素子のそれぞれは、その磁歪棒を、仮想平面に直交する方向または前記仮想線に直交する方向（即ち、強制並進運動の直進方向に直交する方向）に対してそれぞれ傾斜させて配設するので、その傾斜の分、各磁歪棒にそれぞれ軸方向への変形を付与することができる。即ち、１の磁歪棒の全体としての変形を、軸方向への伸張または収縮とすることができるので、発電に必要な磁束密度の変化を得ることができ、その結果、強制振動においても、より効率の良い発電を可能とすることができる。
技術的思想４記載の発電ユニットによれば、技術的思想１から３のいずれかに記載の発電ユニットの奏する効果に加え、２以上の発電素子のそれぞれは、磁歪棒の一端または他端の少なくとも一方を、第１ヨークまたは第２ヨークに回転可能に軸支するので、回転方向の拘束を抑制し、その分、各磁歪棒がＳ字状に変形することを抑制できる。これにより、１の磁歪棒において伸張する部分と収縮する部分とが形成され、これらが磁束密度の変化を打ち消し合うことを抑制できるので、発電に必要な磁束密度の変化を得ることができ、その結果、強制振動においても、発電を可能とすることができる。
また、磁歪棒の一端または他端の少なくとも一方を、第１ヨークまたは第２ヨークに回転可能に軸支することで、その分、磁歪棒をＳ字状に変形させることに費やされる力（即ち、発電に寄与しない変形に要する力）を少なくできる。その結果、より少ない力で各磁歪棒に軸方向への変形を付与することができるので、発電効率の向上を図ることができる。
技術的思想５記載の発電ユニットによれば、技術的思想１から４のいずれかに記載の発電ユニットの奏する効果に加え、２以上の発電素子のそれぞれは、磁歪棒の一端および他端の両端を、第１ヨークおよび第２ヨークにそれぞれ回転可能に軸支するので、両端において回転方向の拘束を抑制し、各磁歪棒がＳ字状に変形することを、より確実に抑制できる。これにより、発電効率の更なる向上を図ることができる。
また、磁歪棒をＳ字状に変形させることに費やされる力（即ち、発電に寄与しない変形に要する力）を、より少なくできる。その結果、より少ない力で各磁歪棒に軸方向への変形を付与することができるので、この点においても、発電効率の更なる向上を図ることができる。
技術的思想６記載の発電ユニットによれば、技術的思想５記載の発電ユニットの奏する効果に加え、２以上の発電素子のそれぞれは、磁歪棒の一端および他端の両端を、転がり軸受を介して、第１ヨークおよび第２ヨークにそれぞれ回転可能に軸支するので、滑り軸受の場合と比較して、回転方向の拘束を抑制する効果を向上させ、各磁歪棒がＳ字状に変形することを、より確実に抑制できる。また、各磁歪棒のＳ字状の変形（発電に寄与しない変形）に費やされる力をより少なくできる。その結果、発電効率の更なる向上を図ることができる。

１，２０１，３０１，４０１ 発電素子
１１ 磁歪棒
２１，３２１，４２１ 第１ヨーク
２２，３２２，４２２ 第２ヨーク
３１ コイル
４１，４２ 永久磁石
５０ バックヨーク
Ｘ１，Ｘ２ 強制並進運動の直進方向
ＳＹ 仮想線
ＩＰ 仮想平面
ＢＲ 転がり軸受

Claims (2)

1. 磁歪材料から構成される磁歪棒と、前記磁歪棒に巻回されるコイルと、前記磁歪棒の一端および他端にそれぞれ磁極を違えて配設される一対の永久磁石と、それら一対の永久磁石を連結するバックヨークと、を有する発電素子を備え、前記磁歪棒が伸張または収縮することで、発電を行う発電ユニットにおいて、
   ２以上の前記発電素子と、
   前記２以上の発電素子の各磁歪棒の一端を支持する第１ヨークと、
   前記２以上の発電素子の各磁歪棒の他端を支持する第２ヨークと、
   転がり軸受と、を備え、
   前記第１ヨークに対する第２ヨークの相対移動が強制並進運動であり、
   前記強制並進運動の直進方向に沿う仮想線を回転軸として前記２以上の発電素子が回転対称に配設されると共に、前記仮想線に直交する方向に対して下降傾斜する発電素子と上昇傾斜する発電素子とが前記仮想線を中心にして周方向に交互に配設され、
   前記転がり軸受は、前記強制並進運動の直進方向と直交する方向に回転軸を向けた姿勢で配設され、
   前記２以上の発電素子のそれぞれは、前記転がり軸受を介して、前記磁歪棒の一端および他端の両端が、前記第１ヨークおよび第２ヨークにそれぞれ回転可能に軸支され、
   前記第１ヨークおよび第２ヨークは、前記強制並進運動の原点となる位置に配設され、その位置を基点にして正側および負側に振幅が入力されることを特徴とする発電ユニット。
2. 磁歪材料から構成される磁歪棒と、その磁歪棒に巻回されるコイルと、前記磁歪棒の一端および他端にそれぞれ磁極を違えて配設される一対の永久磁石と、それら一対の永久磁石を連結するバックヨークと、を有する発電素子を備え、前記磁歪棒が伸張または収縮することで、発電を行う発電ユニットにおいて、
   ２以上の前記発電素子と、
   前記２以上の発電素子の各磁歪棒の一端を支持する第１ヨークと、
   前記２以上の発電素子の各磁歪棒の他端を支持する第２ヨークと、
   転がり軸受と、を備え、
   前記第１ヨークに対する第２ヨークの相対移動が強制並進運動であり、
   前記強制並進運動の直進方向に平行な仮想平面を対称面として前記２以上の発電素子が面対称に配設されると共に、前記仮想平面に直交する方向に対して下降傾斜する発電素子と上昇傾斜する発電素子とが同数配設され、
   前記転がり軸受は、前記強制並進運動の直進方向と直交する方向に回転軸を向けた姿勢で配設され、
   前記２以上の発電素子のそれぞれは、前記転がり軸受を介して、前記磁歪棒の一端および他端の両端が、前記第１ヨークおよび第２ヨークにそれぞれ回転可能に軸支され、
   前記第１ヨークおよび第２ヨークは、前記強制並進運動の原点となる位置に配設され、その位置を基点にして正側および負側に振幅が入力されることを特徴とする発電ユニット。

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