JP7109713B1 - 発電素子、磁気センサ、エンコーダおよびモータ - Google Patents

Abstract

発電素子は、大バルクハウゼン効果を生じる磁性材料によって構成される磁性部材と、磁性部材を通る磁束が鎖交する発電用コイルと、磁性部材が挿通される挿通部を有し、挿通部に磁性部材が挿通されることで磁性部材と接触するように磁性部材の両端部に設けられる軟磁性材料を含む２つの集磁部材と、を備える。集磁部材は、挿通部における磁性部材を挿通する方向である第１方向と、集磁部材から視て磁性部材に磁界を印加する磁界発生部が配置される方向である第２方向と、の両方に垂直な方向である第３方向の挿通部の長さと同じ直径を有し、かつ挿通部に内接する仮想的な内接円の中心を通り、第２方向を法線ベクトルとする仮想的な面と平行である仮想的な面を境界面とした場合に、境界面から磁界発生部とは反対側の第１構成部と、境界面から磁界発生部側の第２構成部と、を有する。第２構成部の体積は、第１構成部の体積よりも大きい。

Description

本開示は、磁性体の磁化方向の反転によってコイルに起電力を生じさせる発電素子、磁気センサ、エンコーダおよびモータに関する。

大バルクハウゼン効果は、外部磁界の変化に応じて磁化方向を急反転させる現象である。この大バルクハウゼン効果が生じる磁性材料からなる磁性部材と、磁性部材の周囲に導電性ワイヤからなる発電用コイルと、を備える発電素子が知られている。この発電素子では、磁界発生部からの外部磁界を磁性部材に印加して大バルクハウゼン効果により磁性部材の磁化方向を反転させると、電磁誘導によって発電用コイルに起電力が生じる。

しかしながら、磁界発生部として２極以上の磁石を用いた場合に、磁石を回転させると、大バルクハウゼン効果を生じる磁石の回転位相が、回転方向によって異なり、回転位相に位相差が発生してしまう。また、磁石の回転中心からラジアル方向に移動した位置に発電素子を配置する場合、磁石の外部磁界は、磁石の回転中心に比して発電素子が配置された位置の方が弱くなる。この場合、磁石の回転位相に対して、磁性部材に印加される磁石の外部磁界の変化が緩やかになるため、磁石の回転方向によって、大バルクハウゼン効果の生じる磁石の回転位相の位相差も増加してしまう。つまり、発電用コイルで起電力を発生させる磁石の回転位相の位相差も増加する。そこで、発電用コイルで起電力を発生させる磁石の回転位相の位相差を小さくするために、磁性部材に印加される外部磁界を大きくする技術が求められている。

特許文献１には、磁性部材の両端部に円筒状の軟磁性体を配置することによって、磁性部材の末端で生じる反磁界を軽減し、磁性部材に生じる磁束の均一性を高めることができる磁気構造体が開示されている。特許文献１に記載の磁気構造体を発電素子に適用することで、外部磁界の強度および極性に依存することなく安定して磁性部材に大バルクハウゼン効果を生じさせることができ、発電特性の変動の抑制が期待される。

特開２００６－７３９７４号公報

ところで、特許文献１に記載の磁気構造体を発電素子に適用した場合には、円筒状の軟磁性体のサイズを単純に大きくすることによって、磁性部材に印加される外部磁界を大きくすることが可能と考えられる。しかしながら、発電素子が適用されるエンコーダなどの装置では、小型化が求められており、発電素子の小型化も検討する必要がある。つまり、特許文献１に記載の磁気構造体における円筒状の軟磁性体のサイズを単純に大きくする方法では、装置および発電素子の小型化の要望に応えることができないという問題があった。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、従来に比してサイズの増加を抑制しつつ磁性部材に印加される外部磁界を大きくすることができる発電素子を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示の発電素子は、大バルクハウゼン効果を生じる磁性材料によって構成される磁性部材と、磁性部材を通る磁束が鎖交する発電用コイルと、磁性部材が挿通される挿通部を有し、挿通部に磁性部材が挿通されることで磁性部材と接触するように磁性部材の両端部に設けられる軟磁性材料を含む２つの集磁部材と、を備える。集磁部材は、挿通部における磁性部材を挿通する方向である第１方向と、集磁部材から視て磁性部材に磁界を印加する磁界発生部が配置される方向である第２方向と、の両方に垂直な方向である第３方向の挿通部の長さと同じ直径を有し、かつ挿通部に内接する仮想的な内接円の中心を通り、第２方向を法線ベクトルとする仮想的な面と平行である仮想的な面を境界面とした場合に、境界面から磁界発生部とは反対側の第１構成部と、境界面から磁界発生部側の第２構成部と、を有する。第２構成部の体積は、第１構成部の体積よりも大きい。

本開示にかかる発電素子は、従来に比してサイズの増加を抑制しつつ磁性部材に印加される外部磁界を大きくすることができるという効果を奏する。

実施の形態１に係る発電素子の構成の一例を示す斜視図 実施の形態１に係る発電素子の構成の一例を示す断面図 実施の形態１に係る発電素子と磁界発生部との間の配置の一例を示す上面図 磁界発生部の回転位相と磁界発生部に対する磁性部材の磁束密度との関係の一例を模式的に示す図 磁界発生部の回転位相と磁界発生部に対する磁性部材の磁束密度との関係の一例を模式的に示す図 磁界発生部の回転位相がαのときの実施の形態１に係る集磁部材を備える発電素子における磁性部材を通る磁束の様子を模式的に示す図 磁界発生部の回転位相がαのときの従来の集磁部材を備える発電素子における磁性部材を通る磁束の様子を模式的に示す図 磁界発生部の回転位相がαのときの集磁部材を備えない発電素子における磁性部材を通る磁束の様子を模式的に示す図 実施の形態１に係る発電素子の磁性部材について、磁界発生部の回転位相がαおよびβのときの内部の磁束密度の分布の一例を示す図 従来の発電素子の磁性部材について、磁界発生部の回転位相がαおよびβのときの内部の磁束密度の分布の一例を示す図 集磁部材を備えない発電素子の磁性部材について、磁界発生部の回転位相がαおよびβのときの内部の磁束密度の分布の一例を示す図 実施の形態１に係る発電素子、従来の発電素子および集磁部材を備えない発電素子で生じる起電力の一例を示す図 実施の形態１に係る集磁部材を備える発電素子の磁性部材における大バルクハウゼン効果によって磁化方向の反転が生じる部分を模式的に示す図 従来の集磁部材を備える発電素子の磁性部材における大バルクハウゼン効果によって磁化方向の反転が生じる部分を模式的に示す図 集磁部材を備えない磁性部材における大バルクハウゼン効果によって磁化方向の反転が生じる部分を模式的に示す図 実施の形態１に係る発電素子における集磁部材の第１構成部に対する第２構成部の体積比と起電力の生じる磁界発生部の回転位相差および磁束密度の分布との間の関係の一例を示す図 実施の形態１に係る発電素子と磁界発生部との間の配置の他の例を示す上面図 磁界発生部の回転位相がβのときの実施の形態１に係る集磁部材を備える発電素子における磁性部材を通る磁束の様子を模式的に示す図 磁界発生部の回転位相がβのときの実施の形態１に係る集磁部材を備える発電素子における磁性部材を通る磁束の様子を模式的に示す図 実施の形態１に係る発電素子の磁性部材および発電用コイルの構成の一例を示す斜視図 実施の形態１に係る発電素子の構成の他の例を示す断面図 実施の形態１に係る発電素子の構成の他の例を示す断面図 実施の形態１に係る発電素子の構成の他の例を示す一部側面図 実施の形態１に係る発電素子の構成の他の例を示す斜視図 実施の形態２に係る発電素子の構成の一例を示す断面図 実施の形態３に係る発電素子の構成の一例を示す断面図 実施の形態４に係る発電素子の構成の一例を示す断面図 実施の形態５に係る発電素子の構成の一例を示す断面図 実施の形態６に係る発電素子の構成の一例を示す上面図 従来の集磁部材を備える発電素子での磁束の流れを模式的に示す図 実施の形態７に係る磁気センサの構成の一例を模式的に示す斜視図 実施の形態７に係る磁気センサの構成の他の例を模式的に示す上面図 実施の形態８に係る反射型光学式エンコーダの構成の一例を模式的に示す断面図

以下に、本開示の実施の形態にかかる発電素子、磁気センサ、エンコーダおよびモータを図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
＜発電素子の構成＞
図１は、実施の形態１に係る発電素子の構成の一例を示す斜視図である。図１において、集磁部材３から視て磁界発生部１１に向かう方向をＺ軸とし、Ｚ軸に垂直な面内で互いに直交する２つの方向をＸ軸およびＹ軸とする。磁界発生部１１から発電素子１００に向かう方向をＺ軸の正方向とする。Ｘ軸は、磁性部材１の延在方向に対応している。また、Ｘ軸方向は、第１方向に対応し、Ｚ軸方向は、第２方向に対応し、Ｙ方向は、第３方向に対応する。なお、図１では、発電素子１００とともに、発電素子１００に外部磁界６０を印加する磁界発生部１１も図示している。

発電素子１００は、磁性部材１と、発電用コイル２と、集磁部材３と、を備える１つ以上の単位構造部１０１を有する。すなわち、単位構造部１０１は、磁性部材１と、発電用コイル２と、２つの集磁部材３と、を１組としたものである。発電素子１００は、１つ以上の単位構造部１０１を有すことができるが、ここでは、発電素子１００が、１つの単位構造部１０１を有する場合を例に挙げる。磁性部材１は、外部磁界６０の変化によって大バルクハウゼン効果を生じる磁性材料、すなわち磁性体によって構成される。大バルクハウゼン効果は、磁性部材１が磁化する際に、磁性部材１の内部の磁壁が一度に移動することによって、極めて短時間に磁化方向が反転する現象である。図１の例では、磁性部材１は、一方向に延在する線状の磁性材料である。線状には、棒状およびワイヤ状が含まれる。

大バルクハウゼン効果を生じさせるためには、内部応力分布、組成分布を制御して、磁性部材１の延在方向に垂直な断面における外周部と中心部とで保磁力が異なる構成とされる。一例では、磁性部材１の外周部の保磁力が中心部より小さい材料によって構成される。このような磁性部材１として、バイカロイ合金（ＦｅＣｏＶ合金）、パーマロイ合金（ＮｉＦｅ合金）、アモルファス合金等を用いることができる。また、保磁力を制御するために、これらの合金材料に、伸線加工、ひねり加工、曲げ加工、表面処理等が施される。表面処理として、熱処理、メッキ処理、化学処理などが例示される。さらに、保磁力を制御するために、これらの合金材料に添加物を加えてもよい。

一例では、バイカロイ合金をワイヤ状に伸線加工した後、ひねり加工を施すことによって、外周部と中心部とで保磁力が異なる構成の磁性部材１が得られる。ここでは、磁性部材１の延在方向に垂直な断面形状が、円形である場合を示しているが、これに限定されるものではない。一例では、磁性部材１の延在方向に垂直な断面形状が、楕円形状であってもよいし、四角形等の多角形であってもよい。また、ここでは、磁性部材１の線径は、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下であり、長さは、１０ｍｍ以上１３ｍｍ以下であるものとして説明するが、これは例示であり、磁性部材１の線径および長さを限定するものではない。

発電用コイル２は、磁性部材１の周囲に導電性ワイヤが巻回されたコイルであり、磁性部材１を通る磁束が鎖交する。大バルクハウゼン効果によって磁性部材１での磁化の反転によって磁束が変化すると、発電用コイル２の両端に電磁誘導による起電力が生じる。発電用コイル２に生じた起電力は、外部に取り出されて使用される。図１の例では、発電用コイル２の内部に磁性部材１が配置される場合が示されている。発電用コイル２として、銅線、アルミニウム線、金線、銀線、銅合金線、アルミニウム合金線等の絶縁被覆された導電性ワイヤを用いることができる。導電性ワイヤの線径は、巻回される磁性部材１の直径、発電素子１００の大きさ等に基づいて選択される。一例では、発電用コイル２は、絶縁被覆が施された導電性ワイヤをボビンに巻線して形成される。また、他の例では、発電用コイル２は、治工具に導電性ワイヤを巻回し、接着剤および自己融着線を用いて固定した後、治工具から取り外して形成される。ここでは、発電用コイル２の線径が０．０２ｍｍ以上０．０５ｍｍ以下の導電性ワイヤを用いる場合を説明するが、これは例示であり、発電用コイル２の線径を限定するものではない。

集磁部材３は、磁性部材１が挿通される挿通部３１を有し、挿通部３１の内部で磁性部材１と接触するように磁性部材１の両端部に設けられる。言い換えれば、挿通部３１に磁性部材１が挿通されることで集磁部材３は磁性部材１と接触するように設けられている。集磁部材３は、軟磁性材料を含むブロック形状の部材によって構成される。ここでは、集磁部材３は、軟磁性材料からなるものとする。軟磁性材料は、磁極の反転等が容易に生じ、磁性部材１と比較して、低い保磁力を有する材料である。また、集磁部材３は、磁性部材１と比較して、透磁率および飽和磁束密度が高い材料であることが望ましい。実施の形態１では、集磁部材３は、磁性部材１の両端部で磁性部材１の延在方向に平行な面の周囲を覆うように配置されている。集磁部材３は、磁界発生部１１からの磁束を集磁する集磁効果を有する。

集磁部材３は、上記したように、磁性部材１よりも保磁力が低い軟磁性材料であればよい。軟磁性材料は、ソフトフェライト、パーマロイ、パーメンジュール、ケイ素鋼、アモルファス磁性合金、ナノクリスタル磁性合金およびセンダストからなる群から選択される材料である。また、集磁部材３に用いられる材料は、目的とする形状に精度よく加工することができ、かつ安価である材料であることが望ましい。このような集磁部材３に用いられる材料として、冷間圧延鋼板が挙げられる。さらに、集磁部材３は、粒子状に加工した軟磁性材料を含有するプラスチック材料などであってもよい。このプラスチック材料を用いた集磁部材３では、射出成型等により種々の形状に容易に成形することができる特徴を有する。

図２は、実施の形態１に係る発電素子の構成の一例を示す断面図である。図２では、発電素子１００を、集磁部材３の位置で、磁性部材１の延在方向に垂直に切った断面を示している。図２では、説明を分かりやすくするため、集磁部材３のハッチングを省略している。集磁部材３は、磁性部材１が挿通される挿通部３１を有する。実施の形態１では、挿通部３１は、集磁部材３を厚さ方向に貫通する孔である。集磁部材３は、挿通部３１を形成する孔において、磁界発生部１１の配置されている側と反対側の位置で磁性部材１と接する。挿通部３１は、磁性部材１と集磁部材３との間の空隙による磁気抵抗を減らすため、磁性部材１の外形に沿う湾曲形状とすることが望ましい。すなわち、磁性部材１の断面が円形であれば、挿通部３１も円形の孔であることが望ましい。

集磁部材３は、挿通部３１のＹ軸方向の長さと同じ直径を有し、挿通部３１に内接する仮想的な内接円５１の中心５２を通り、Ｚ軸方向を法線ベクトルとする仮想的な面と平行である仮想的な面を境界面３２とした場合、境界面３２から磁界発生部１１とは反対側の第１構成部３３と、境界面３２から磁界発生部１１側の第２構成部３４と、を有する。仮想的な内接円５１は、磁性部材１が挿通部３１内で接する位置を通る。図２の例では、挿通部３１において磁界発生部１１の配置位置とは反対側の位置で磁性部材１と接する位置を仮想的な内接円５１は通る。図２の例では、法線ベクトルは、集磁部材３から磁界発生部１１が配置される方向に向かうベクトルである。そして、集磁部材３は、第２構成部３４の体積が第１構成部３３の体積よりも大きくなる構造を有する。磁性部材１の延在方向に垂直な断面において、特許文献１に記載の軟磁性体は、上述の境界面３２を境界としてＺ方向に対称な形状であるが、実施の形態１に係る発電素子１００の集磁部材３は、上述の境界面３２を境界としてＺ方向に非対称な形状である。

詳細は後述するが、実施の形態１では、集磁部材３において、第１構成部３３に対する第２構成部３４の体積比が１より大きく４以下であり、１．３以上２．６以下であることがさらに望ましい。この範囲とすることで、発電用コイル２で起電力を発生させる磁界発生部１１の回転位相の位相差を従来に比して小さくすることができるとともに、磁性部材１の延在方向における磁束密度の分布を均一に近いものとすることができる。ここでは、集磁部材３の厚さは、１．０ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であり、幅は、１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であり、厚さおよび幅は一定であるとする。このときのＺ方向における第１構成部３３の長さは、１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、第２構成部３４の長さは、１．１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であるとする。ただし、第１構成部３３に対する第２構成部３４の体積比が１より大きく４以下となるように第１構成部３３の長さおよび第２構成部３４の長さが設定される。ここで示される集磁部材３のサイズは例示であり、集磁部材３の厚さ、幅および長さを限定するものではない。例えば、第１構成部３３と第２構成部３４とで、厚さを変えてもよいし、幅を変えてもよいし、厚さ、幅および長さのうち２つ以上を変えてもよい。

また、磁界発生部１１から発生する外部磁界６０の集磁効果を高くするため、集磁部材３の磁界発生部１１に対向する面３５ａを平坦にすることが望ましい。集磁部材３の磁界発生部１１に対向する面３５ａとは反対側の面３５ｂも、平坦にすることが望ましい。

図１に戻り、磁界発生部１１は、磁性部材１の周囲に配置され、磁性部材１に変化する外部磁界６０を印加する磁界発生源である。磁界発生部１１は、Ｎ極とＳ極との２つの磁極を１組以上有し、周囲に外部磁界６０を発生させるものであればよい。図１の例では、磁界発生部１１は、Ｚ軸の回りに回転可能な円形の平板状の磁石である。図１の例では、磁界発生部１１は、２つの半円状の構成部である磁石構成部１１１Ａ，１１１Ｂを有する。磁石構成部１１１Ａは、発電素子１００に対向する面がＮ極であり、反対側の面がＳ極である磁石である。磁石構成部１１１Ｂは、発電素子１００に対向する面がＳ極であり、反対側の面がＮ極である磁石である。つまり、磁界発生部１１は、円板状の磁石の発電素子１００に対向する面の半分がＮ極となり、残りの半分がＳ極となっている。磁界発生部１１の着磁方向は、発電素子１００に対向する磁界発生部１１の面１１ａと交差する方向であることが望ましい。一例では、磁界発生部１１の磁石構成部１１１Ａの面１１ａから磁束が発電素子１００側に出て、発電素子１００側から磁束が磁石構成部１１１Ｂの面１１ａに入るように、磁界発生部１１が着磁されていることが望ましい。特に、着磁方向は、発電素子１００に対向する面１１ａと垂直な方向または垂直に近い方向であることが望ましい。図１に示される例では、磁界発生部１１の着磁方向は、図１の矢印Ａで示されるように、集磁部材３に向かって強い磁束が出る発電素子１００に対向する面に垂直な着磁方向であることが望ましい。ただし、これは例示であり、磁界発生部１１の径方向に着磁されたものでもよく、着磁方向を限定するものではない。そして、円板状の磁石の中心部を通る軸を中心に磁石は回転可能である。ここでは、磁界発生部１１は、直径が２０ｍｍ以上２２ｍｍ以下であり、磁性部材１と磁界発生部１１との距離は６ｍｍ以上９ｍｍ以下であるものとする。ただし、これは例示であり、磁界発生部１１の直径および磁性部材１と磁界発生部１１との距離を限定するものではない。

磁界発生部１１としては、永久磁石を用いることが好ましい。ただし、安定して外部磁界６０を発生することができるものであればよく、磁界発生部１１が電磁石であってもよい。永久磁石としては、フェライト磁石、アルニコ（Ａｌ－Ｎｉ－Ｃｏ）磁石、希土類磁石などを用いることできる。希土類磁石として、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石などが例示される。また、プラスチック材料に磁性材料粒子を含有させ、射出成型等により成形して磁石として用いることもできる。

図３は、実施の形態１に係る発電素子と磁界発生部との間の配置の一例を示す上面図である。ここでは、ＸＹ面内において、磁石の磁石構成部１１１Ａと磁石構成部１１１Ｂとの境界が、磁性部材１の延在方向に垂直なＹ方向にある場合を示している。

磁界発生部１１は、回転中心１１２を中心に回転することで発電素子１００に外部磁界６０を印加する。発電素子１００は、磁界発生部１１の回転中心１１２から発電素子１００の磁性部材１がラジアル方向に５ｍｍ以上離れた位置に配置されている。磁界発生部１１の回転中心１１２からラジアル方向に移動した位置に発電素子１００を配置する場合、上記したように、磁界発生部１１の外部磁界６０は、磁界発生部１１の回転中心１１２に比して発電素子１００が配置される位置の方が弱くなる。そこで、実施の形態１に係る発電素子１００では、第１構成部３３に対する第２構成部３４の体積比が１より大きく４以下である集磁部材３を、磁性部材１の両端に配置している。次に集磁部材３の機能について説明する。

＜集磁部材３による機能＞
図４は、磁界発生部の回転位相と磁界発生部に対する磁性部材の磁束密度との関係の一例を模式的に示す図である。この図で、横軸は、磁界発生部１１の回転位相であり、縦軸は磁性部材１の磁束密度である。また、この図では、集磁部材３において、第１構成部３３に対する第２構成部３４の体積比が１である従来の集磁部材３のグラフＢ１１と、体積比が１より大きい実施の形態１に係る集磁部材３のグラフＢ１２と、を示している。

一般的に、磁界発生部１１として２極以上の磁石を回転させると、大バルクハウゼン効果を生じる磁界発生部１１の回転位相が、回転方向によって異なる。グラフＢ１１に示されるように、従来の集磁部材３では、時計回りのときには、磁界発生部１１の極間を境に回転位相がθ１で大バルクハウゼン効果が発生するが、反時計回りのときには、磁界発生部１１の極間を境に－θ１で大バルクハウゼン効果が発生する。このように、磁界発生部１１の回転方向によって、大バルクハウゼン効果の発生する磁界発生部１１の回転位相に図４で示した２θ１分の位相差が発生してしまう。つまり、発電用コイル２に起電力を生じさせる磁界発生部１１の回転位相に２θ１分の位相差が発生することとなる。エンコーダなどの装置で発電素子１００が実際に使用される場合には、起電力の生じる磁界発生部１１の回転位相が磁界発生部１１の回転方向によってなるべく変わらない方が望ましい。

また、図３に示されるように、磁界発生部１１の回転中心１１２からラジアル方向に移動した位置に発電素子１００を配置する場合、磁界発生部１１の回転中心１１２よりも磁界発生部１１の外部磁界６０が弱くなる。磁界発生部１１の回転位相に対して、磁性部材１に印加される磁界発生部１１の外部磁界６０の変化が緩やかになるため、磁界発生部１１の回転方向によって、大バルクハウゼン効果の生じる磁界発生部１１の回転位相差も増加する。つまり、起電力の生じる磁界発生部１１の回転位相差も増加する。

一方、実施の形態１に係る集磁部材３の場合には、集磁部材３の第２構成部３４が第１構成部３３よりも大きいため、従来の集磁部材３に比して、集磁効果が高まり、磁性部材１を通る磁束が増加する。そのため、図４に示されるように、時計回りのときには、磁界発生部１１の極間を境に回転位相がθ１よりも小さいθ２で大バルクハウゼン効果が発生し、反時計回りのときには、磁界発生部１１の極間を境に－θ２で大バルクハウゼン効果が発生する。このように、磁界発生部１１の回転方向によって、大バルクハウゼン効果の発生する磁界発生部１１の回転位相差２θ２は、従来の集磁部材３の回転位相差２θ１に比して減少し、起電力の生じる磁界発生部１１の回転位相差も減少する。

図５は、磁界発生部の回転位相と磁界発生部に対する磁性部材の磁束密度との関係の一例を模式的に示す図である。図５でも、横軸は、磁界発生部１１の回転位相であり、縦軸は磁性部材１の磁束密度である。図５に示されるように、磁界発生部１１の回転位相がαのとき、磁界発生部１１から発生する外部磁界６０によって、磁性部材１の磁束密度が増加途中である。磁界発生部１１の回転位相がβのとき、磁界発生部１１から発生する外部磁界６０によって、磁性部材１の磁束密度が最大となる。なお、図５では、αおよびβにおける発電素子１００に対する磁界発生部１１の状態を模式的に示している。

図６は、磁界発生部の回転位相がαのときの実施の形態１に係る集磁部材を備える発電素子における磁性部材を通る磁束の様子を模式的に示す図である。図７は、磁界発生部の回転位相がαのときの従来の集磁部材を備える発電素子における磁性部材を通る磁束の様子を模式的に示す図である。図８は、磁界発生部の回転位相がαのときの集磁部材を備えない発電素子における磁性部材を通る磁束の様子を模式的に示す図である。なお、図６から図８では、発電用コイル２の図示を省略している。図６から図８では、磁界発生部１１の回転位相がαのときに、磁界発生部１１から出る磁束６１が、どのような経路で磁界発生部１１に戻るのかを模式的に示している。

図６に示されるように、実施の形態１に係る集磁部材３を備える発電素子１００では、磁界発生部１１のＮ極から出た磁束６１のほとんどは、集磁部材３を経由して磁性部材１を通り、集磁部材３から磁界発生部１１のＳ極へと入る。このように、第２構成部３４の体積を第１構成部３３の体積よりも大きくすることで、磁界発生部１１からのほとんどの磁束６１が集磁部材３を経由するようにすることができる。つまり、後述する図７および図８のように、磁性部材１の延在方向の途中から磁性部材１に入る磁束６１がほとんどないため、磁性部材１の延在方向において、磁束密度の均一性が保たれる。なお、磁束６１は、磁界発生部１１から出る位置に近い集磁部材３に集磁される。そのため、図６で、一部の磁束６１は、Ｓ極側に配置される集磁部材３を経由し、磁性部材１を経ることなく、集磁部材３から磁界発生部１１のＳ極へと入る。この磁束６１は、磁性部材１を経ることがないので、集磁部材３に挟まれる磁性部材１における磁束密度の均一性に影響を与えない。

図７に示されるように、従来の集磁部材３を備える発電素子１００では、磁界発生部１１のＮ極から出た磁束６１は、磁性部材１を通り、Ｓ極へと戻る経路を描く。ただし、図７の場合には、Ｎ極から出る磁束６１のうち、経路の近傍に集磁部材３が存在する磁束６１は、集磁部材３を経由する経路となるが、経路の近傍に集磁部材３が存在しない磁束６１は、集磁部材３の間のいずれかの位置で磁性部材１に入る。磁性部材１に入った磁束６１は、集磁部材３を経由して磁界発生部１１のＳ極に向かう。このように、集磁部材３の第２構成部３４が図６の場合に比して磁界発生部１１よりも遠ざかるので、一部の磁束６１は集磁部材３を経由せずに磁性部材１の延在方向の途中の位置から磁性部材１に入ることになる。つまり、Ｎ極側に配置されている集磁部材３側の磁性部材１を通る磁束６１が、図６の場合に比して少なくなる。この結果、磁性部材１の延在方向において、磁束密度が不均一となる。

図８に示される集磁部材３を備えない発電素子１００では、磁界発生部１１のＮ極から出た磁束６１は、磁性部材１を通り、Ｓ極へと戻る経路を描く。この場合、磁束６１が磁性部材１に入る位置は、磁束６１が磁界発生部１１から出る位置に応じて変化する。また、磁束６１が磁性部材１から出る位置も、磁束６１が磁界発生部１１に入る位置に応じて変化する。このため、磁性部材１の延在方向において、図７の場合に比して磁束密度がさらに不均一となる。

特に、図７および図８に示される発電素子１００を、磁界発生部１１の回転中心１１２からラジアル方向に移動した位置に配置する場合には、磁界発生部１１の回転位相によって、磁界発生部１１の外部磁界６０により発電素子１００の磁性部材１の磁束密度が不均一になる。これによって、大バルクハウゼン効果が磁性部材１の全体で同時に生じにくくなり、発電特性が低下する問題が発生する。

図９は、実施の形態１に係る発電素子の磁性部材について、磁界発生部の回転位相がαおよびβのときの内部の磁束密度の分布の一例を示す図である。図１０は、従来の発電素子の磁性部材について、磁界発生部の回転位相がαおよびβのときの内部の磁束密度の分布の一例を示す図である。図１１は、集磁部材を備えない発電素子の磁性部材について、磁界発生部の回転位相がαおよびβのときの内部の磁束密度の分布の一例を示す図である。これらの図において、横軸は、磁性部材１における位置を示し、縦軸は磁性部材１の各位置における磁束密度を示している。また、これらの図において、磁界発生部１１の回転位相αにおける分布は磁束密度Ｂαで示され、磁界発生部１１の回転位相βにおける分布は磁束密度Ｂβで示されている。図９から図１１では、磁性部材１と磁束密度の分布との位置関係を理解し易くするため、図の上部に、磁性部材１および集磁部材３の断面図を磁束密度のデータと対応させて示している。

磁性部材１の両端部に配置した集磁部材３間の磁束密度が等しい状態を均一とし、磁束密度が等しくない状態を不均一と評価するとき、図６に示される実施の形態１に係る発電素子１００では、磁界発生部１１からの磁束６１が磁性部材１の両端の集磁部材３を通過する。このため、図９に示されるように、磁界発生部１１の回転位相によらず、集磁部材３で挟まれる領域の磁性部材１のほぼ全体で磁束密度Ｂα，Ｂβが均一であるといえる。

図７に示される従来の発電素子１００では、集磁部材３が設けられているが、一部の磁束６１は、集磁部材３を経由しない。このため、磁界発生部１１の回転位相によっては、集磁部材３間の磁性部材１に均一な磁束密度が形成される範囲が、図６の場合に比して狭くなっていることが分かる。図１０に示されるように、回転位相がβのときには、集磁部材３間の磁性部材１の磁束密度Ｂβは均一であるといえるが、回転位相がαのときには、集磁部材３間の磁性部材１の磁束密度Ｂαは不均一となる。特に、図７に示されるように、Ｎ極が配置される側の集磁部材３を経由する磁束６１は少ないため、図１０において、磁性部材１のＮ極が配置される側に対応する一方の端部では、磁束密度Ｂαが急激に低下している。

集磁部材３を備えない発電素子１００では、図１１に示されるように磁性部材１の延在方向の中央部では磁束密度Ｂα，Ｂβが高くなる。しかし、図１０の場合に比して磁束密度Ｂα，Ｂβが高くなる範囲はさらに狭くなり、中央部を外れると両端部にかけて磁束密度は急激に低下する。このように、集磁部材３を備えない発電素子１００では、磁界発生部１１のどの回転位相においても、磁性部材１の内部の磁束密度Ｂα，Ｂβの均一性は大きく低下していることがわかる。

以上のように、図９に示される実施の形態１に係る集磁部材３を備える磁性部材１の内部の磁束密度Ｂα，Ｂβは、集磁部材３の形状態様の異なる構成の図１０および図１１に示される磁束密度Ｂα，Ｂβに比して磁束密度が高い領域が広くなっていることがわかる。すなわち、集磁部材３で挟まれる磁性部材１の領域で、磁束密度Ｂα，Ｂβの均一性が高くなっている。

図１２は、実施の形態１に係る発電素子、従来の発電素子および集磁部材を備えない発電素子で生じる起電力の一例を示す図である。この図で、横軸は時間を示し、縦軸は起電力を示している。図１２では、磁性部材１の磁束密度の分布が、図９から図１１に示される磁束密度に対応するときの起電力ＶＡ，ＶＢ，ＶＣを示している。図９に示される実施の形態１に係る集磁部材３を備える発電素子１００における磁束密度では起電力ＶＡが誘起される。図１０に示される従来の集磁部材３を備える発電素子１００における磁束密度では起電力ＶＢが誘起される。図１１に示される集磁部材３を備えない発電素子１００における磁束密度では起電力ＶＣが誘起される。起電力ＶＡ，ＶＢ，ＶＣを比較すると、磁束密度の高い領域が最も広い、図９に示される実施の形態１に係る集磁部材３を備える発電素子１００で最も大きな起電力ＶＡを生じていることが確認される。

図１３は、実施の形態１に係る集磁部材を備える発電素子の磁性部材における大バルクハウゼン効果によって磁化方向の反転が生じる部分を模式的に示す図である。図１４は、従来の集磁部材を備える発電素子の磁性部材における大バルクハウゼン効果によって磁化方向の反転が生じる部分を模式的に示す図である。図１５は、集磁部材を備えない磁性部材における大バルクハウゼン効果によって磁化方向の反転が生じる部分を模式的に示す図である。図１３から図１４では、磁界発生部１１の回転位相αのときの各々の磁性部材１の内部の磁束密度の高い領域を矢印Ｄで示している。

実施の形態１に係る集磁部材３を備える磁性部材１では、磁界発生部１１からの磁束６１のほとんどは、磁界発生部１１のＮ極側の集磁部材３を経由して、磁性部材１を通り、Ｓ極側の集磁部材３から磁界発生部１１へと戻る。このため、２つの集磁部材３に挟まれる領域の磁性部材１の磁束密度は一定となる。図１３に示されるように、磁性部材１の延在方向のほぼ全体に渡る広い範囲に矢印Ｄが描かれており、大バルクハウゼン効果による磁化方向の反転が、磁性部材１の２つの集磁部材３に挟まれる領域の全体で安定して生じることを示している。これによって、この構成の発電素子１００では電磁誘導による発電用コイル２の起電力も安定し大きくなる。従って、磁性部材１において大バルクハウゼン効果が生じる範囲が広い発電素子１００を得ることができる。

従来の集磁部材３を備える磁性部材１では、磁界発生部１１からの磁束６１の一部はＮ極側の集磁部材３を経由して、磁性部材１を通り、Ｓ極側の集磁部材３から磁界発生部１１へと戻るが、他の磁束６１は、Ｎ極側の集磁部材３を経由せずに磁性部材１に入って、Ｓ極側の集磁部材３から磁界発生部１１へと戻る。また、集磁部材３を備えない磁性部材１では、上記したように、磁界発生部１１からの磁束６１は、それぞれ異なる位置で磁性部材１に入り、それぞれ異なる位置で磁性部材１から磁界発生部１１へと戻る。このように、図１４および図１５では、図１３と比較して、磁性部材１の一部のみに矢印Ｄが分布している。また、従来の集磁部材３を備える磁性部材１よりも集磁部材３を備えない磁性部材１の方が矢印Ｄの分布する範囲が狭くなっている。つまり、従来の集磁部材３を備える磁性部材１および集磁部材３を備えない磁性部材１における大バルクハウゼン効果は、磁性部材１の矢印Ｄで示した一部でのみ生じる。従って、磁化方向の反転は不安定となり、発電素子１００として十分な発電特性を得ることはできないことがわかる。

図１６は、実施の形態１に係る発電素子における集磁部材の第１構成部に対する第２構成部の体積比と起電力の生じる磁界発生部の回転位相差および磁束密度の分布との間の関係の一例を示す図である。この図で、横軸は、集磁部材３の第１構成部３３に対する第２構成部３４の体積比を示し、左側の縦軸は、起電力の生じる磁界発生部１１の回転位相差を示す指標を示し、右側の縦軸は、磁束密度の分布の均一性を示す指標を示す。なお、図１６の説明において、第１構成部３３に対する第２構成部３４の体積比は、体積比と称される。ここでは、起電力の生じる磁界発生部１１の回転位相差を示す指標は、磁界発生部１１の回転位相がαにおける、起電力の生じる磁界発生部１１の回転位相差の逆数である。また、磁束密度の分布の均一性を示す指標として、集磁部材３間の磁束密度の最大値と最小値との差を差分値としたときに、体積比が１の場合の差分値に対する各体積比の差分値の逆数が用いられる。つまり、各体積比における差分値を体積比が１の場合の差分値で除した値が磁束密度の分布の均一性を示す指標となる。

図１６に示されるように、体積比が１よりも大きければ大きいほど回転位相差が小さくなる傾向にある。つまり、回転位相差を小さくするためには、第１構成部３３に対して第２構成部３４の体積を大きくすることが望ましい。一方、磁束密度の分布は、体積比が１よりも大きく４以下の範囲で、体積比が１の場合に比して均一性が向上する。特に、体積比が１．３以上２．６以下の範囲において、集磁部材３間の磁性部材１の磁束密度の分布の均一性が高くなる傾向にある。そして、この場合に、予め定められた基準値以上の起電力の値が得られる。すなわち、基準値以上の起電力の値を得るためには、磁束密度の分布の均一性が図１６の閾値ＴＢ以上であることが望ましい。回転位相差と磁束密度分布の均一性とを考慮すると、体積比が１．３以上２．６以下である場合が、発電素子１００として特に良好な性能を示す。なお、発電素子１００が図示しない基板に設けられるときの磁性部材１と基板との間の距離にもよるが、第２構成部３４のＺ方向の長さは、第２構成部３４が基板と接触する状態よりも大きくすることはできない。

＜発電素子１００のその他の構成について＞
図３に示した発電素子１００と磁界発生部１１との間の配置は一例であり、発電素子１００は、磁界発生部１１に対して任意の位置に配置することができる。図１７は、実施の形態１に係る発電素子と磁界発生部との間の配置の他の例を示す上面図である。なお、上記した説明と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。ここでも、図３と同様に、ＸＹ面内において、磁石の磁石構成部１１１Ａと磁石構成部１１１Ｂとの境界が、磁性部材１の延在方向に垂直なＹ方向にある場合を示している。図１７では、図３での発電素子１００の配置位置を破線で示している。すなわち、図１７では、図３の場合に比して、発電素子１００が磁界発生部１１の回転中心１１２から矢印Ｅのラジアル方向に遠ざかる位置に配置されている。このように、発電素子１００の配置が、磁界発生部１１の回転中心１１２から矢印Ｅのラジアル方向に遠ざかる場合には、発電素子１００の集磁部材３の体積比を、図３の集磁部材３の体積比に比して大きくすることで、図３の場合に比してより広い領域から集磁部材３での集磁を可能とする。すなわち、磁界発生部１１の回転中心１１２からラジアル方向に遠ざかるほど、集磁部材３の体積比を大きくすることが好ましい。

図１８は、磁界発生部の回転位相がβのときの実施の形態１に係る集磁部材を備える発電素子における磁性部材を通る磁束の様子を模式的に示す図である。なお、上記した説明と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。図１８は、一例として、発電素子１００が磁界発生部１１に対して図１７に示されるＸＹ面内の位置にある場合を示している。図１８に示されるように、実施の形態１に係る集磁部材３を備える発電素子１００を用いることで、磁界発生部１１のＮ極から出た磁束６１は、一方の集磁部材３を経由して磁性部材１を通り、他方の集磁部材３から磁界発生部１１のＳ極へと入る。このため、磁性部材１の延在方向において、磁束密度の均一性が保たれる。

図１９は、磁界発生部の回転位相がβのときの実施の形態１に係る集磁部材を備える発電素子における磁性部材を通る磁束の様子を模式的に示す図である。図１９は、一例として、発電素子１００が磁界発生部１１に対して図１７に示されるＸＹ面内の位置にある場合を示している。また、図１９では、図１８の場合に比して、集磁部材３の体積比を大きくしている。すなわち、図１８の第２構成部３４よりも図１９の第２構成部３４の体積を大きくしている。磁界発生部１１の回転中心１１２からラジアル方向に遠ざかるほど、磁界発生部１１の外部磁界は弱くなる。しかし、図１９に示されるように、集磁部材３の第２構成部３４を、一例ではＺ軸方向の長さを長くして体積比を増加させることによって、図１８の場合よりもより広い領域から集磁することが可能となる。この結果、磁性部材１を経由する磁束６１が飽和し、磁性部材１を通ることができない磁界発生部１１のＮ極から出た磁束６１ａは、一方の集磁部材３の上方から空気中を通り、他方の集磁部材３を介して磁界発生部１１のＳ極へと入るようになる。そして、磁性部材１を通る磁束６１が飽和することで、磁性部材１の延在方向において、磁束密度の均一性を保つことができる。

上記した説明では、磁性部材１は、線状である場合を示したが、シート状であってもよい。図２０は、実施の形態１に係る発電素子の磁性部材および発電用コイルの構成の一例を示す斜視図である。なお、図１と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。図２０の発電素子１００では、磁性部材１Ａは、シート状の磁性体である。磁性部材１Ａは、保磁力が異なる少なくとも２層の材料が積層される構成を有する。一例では、磁性部材１Ａは、第１層の上下を、第１層とは保磁力の異なる第２層で挟む構成でもよい。また、磁性部材１Ａは、第１層の周囲を、第１層とは保磁力の異なる第２層で覆うようにしてもよい。シート状の磁性部材１Ａの周囲に発電用コイル２が巻き回される。この場合にも、磁性部材１Ａの両端には、第１構成部３３に対する第２構成部３４の体積比が１よりも大きく４以下、好ましくは１．３以上２．６以下となる集磁部材３が配置される。

また、上記した説明では、磁性部材１の延在方向垂直な断面における外周部の保磁力が中心部より小さい構成である場合を示したが、外周部と中心部との保磁力が異なっていればよく、外周部の保磁力の方が大きい構成であってもよい。

図２では、集磁部材３の磁性部材１を挿通する挿通部３１が、湾曲形状である場合を示したが、これに限定されるものではない。図２１は、実施の形態１に係る発電素子の構成の他の例を示す断面図である。なお、上記した説明と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。図２１に示される例では、挿通部３１が矩形状の孔で構成される。また、挿通部３１を構成する孔は、他の形状であってもよい。

上記した発電素子１００では、磁界発生部１１の回転中心１１２から磁性部材１がラジアル方向に５ｍｍ以上離れた位置に配置して用いる場合を例に挙げたが、これに限定されるものではない。一例では、磁界発生部１１の回転中心１１２から磁性部材１がラジアル方向に５ｍｍ未満の距離で離れた位置に配置されてもよい。

上記した発電素子１００では、図２に示されるように、集磁部材３の磁界発生部１１に対向する面３５ａが平坦な場合を例に挙げたが、これに限定されるものではない。図２２は、実施の形態１に係る発電素子の構成の他の例を示す断面図である。なお、上記した説明と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。図２２に示されるように、第１構成部３３に対する第２構成部３４の体積比が１よりも大きければ、磁界発生部１１に対向する面３５ａが湾曲していてもよい。

図２３は、実施の形態１に係る発電素子の構成の他の例を示す一部側面図である。なお、上記した説明と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。発電素子１００は、一例では、図示しない基板上に固定されるが、基板上の発電素子１００の集磁部材３の近傍には端子１５が設けられる。端子１５は、発電用コイル２の端末線２１と接続され、発電用コイル２で生じた起電力を外部に出力する端子である。集磁部材３の近傍において、発電用コイル２の端末線２１を端子１５に絡げる場合に、図２に示される磁界発生部１１側の面が湾曲していない集磁部材３に比して、図２２に示される集磁部材３の方が、端末線２１が集磁部材３に引っかかりにくく、断線しにくい。このため、集磁部材３の近傍での絡げ作業効率が向上し、安定して高い出力の発電素子１００を製造することができる。

また、図２では、集磁部材３の磁界発生部１１に対向する面３５ａとは反対側の面が平坦な場合を例に挙げたが、これに限定されるものではない。図２２および図２３に示されるように、第１構成部３３に対する第２構成部３４の体積比が１よりも大きければ、磁界発生部１１に対向する面３５ａとは反対側の面３５ｂが湾曲していてもよい。

発電用コイル２の配置場所は、図１に示されるように、磁性部材１の大バルクハウゼン効果による磁束の変化が最も大きくなるように、磁性部材１を囲んで配置することが好ましいが、これに限定されるものではない。図２４は、実施の形態１に係る発電素子の構成の他の例を示す斜視図である。なお、上記した説明と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。図２４に示されるように、発電用コイル２は、磁性部材１を囲むのではなく、磁性部材１によって発生する磁界６２が発電用コイル２を通るように、磁性部材１に沿って配置されてもよい。

上記した説明では、磁界発生部１１には、円板形状の磁石を用いたが、これに限定されるものではない。磁性部材１に外部磁界６０を印加できるものであれば、用途に応じた磁界発生部１１の形状を選ぶことができ、ブロック形状、棒形状などでもよい。また、磁界発生部１１には、直径が２０ｍｍ以上２２ｍｍ以下の磁石を用いたが、これに限定されるものではなく、直径が２０ｍｍ未満であるもの、あるいは直径が２２ｍｍを超えるものを用いてもよい。

＜発電素子１００の効果＞
実施の形態１に係る発電素子１００では、挿通部３１のＹ軸方向の長さと同じ直径を有し、挿通部３１に内接する仮想的な内接円５１の中心５２を通り、Ｚ軸方向を法線ベクトルとする仮想的な面と平行である仮想的な面を境界面３２とした場合に、境界面３２から磁界発生部１１とは反対側の第１構成部３３と、境界面３２から磁界発生部１１側の第２構成部３４と、を有する集磁部材３において、第１構成部３３に対する第２構成部３４の体積比を１よりも大きくした。これによって、大バルクハウゼン効果を生じる磁性部材１の集磁部材３に挟まれる領域における磁束密度の分布を磁界発生部１１の回転位相によらず、均一にすることができる。このため、磁性部材１の大バルクハウゼン効果が磁性部材１の各部で安定して一斉に生じやすくなり、大バルクハウゼン効果による磁化方向の反転を安定化する。つまり、発電素子１００のサイズの増加に影響を与える第１構成部３３のサイズを変更せずに、発電素子１００のサイズの増加に影響を与えない第２構成部３４のサイズを変更することによって、従来に比してサイズの増加を抑制しつつ磁性部材１に印加される外部磁界６０を大きくすることができる発電素子１００を得ることができる。また、磁界発生部１１の回転方向による、大バルクハウゼン効果による起電力の生じる磁界発生部１１の回転位相差の小さい発電特性を有する発電素子１００が得られる。この結果、電磁誘導によって、発電用コイル２から安定して起電力を発生させることができる。

安定的に起電力を発生する発電素子１００を用いることで、発電素子１００に発生した起電力を、ＩＣ（Integrated Circuit）を駆動する電源として用いることができる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る発電素子１００の基本構造は、実施の形態１と同じであり、集磁部材３の形状が実施の形態１とは異なる。以下では、実施の形態１と異なる集磁部材３の構成について説明する。

図２５は、実施の形態２に係る発電素子の構成の一例を示す断面図である。なお、上記した説明と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。図２５では、発電素子１００を、集磁部材３の位置で、磁性部材１の延在方向に垂直に切った断面を示している。

図１および図２に示した実施の形態１での集磁部材３の構造においては、挿通部３１が集磁部材３を厚さ方向に貫通する孔であり、この孔に磁性部材１を挿通していた。図２５に示される集磁部材３は、磁界発生部１１と対向する面３５ａから第１構成部３３に向けて設けられる凹部によって構成される挿通部３１ａを有する。つまり、挿通部３１ａは、磁性部材１の延在方向から見た場合に、Ｕ字状であり、磁界発生部１１と対向する面３５ａの一部が開口している。また、図２５では、集磁部材３の磁界発生部１１と対向する面とは反対側の面３５ｂが湾曲している例が示されている。

図１および図３に示した集磁部材３では、挿通部３１である孔は穴あけ加工によって形成される。一方、図２５に示される集磁部材３では、冷間圧延鋼板を曲げ加工することによって製造することができる。このため、実施の形態２に係る発電素子１００では、実施の形態１の場合に比して集磁部材３の生産効率を向上させることができるとともに、製造コストを低減させることができる。

また、発電素子１００を組み立てる場合に、実施の形態１での発電素子１００の構造では、磁性部材１を発電用コイル２および２つの集磁部材３の挿通部３１のすべてに通す必要がある。これに対して、実施の形態２に係る発電素子１００では、集磁部材３は、磁界発生部１１に対向する面３５ａの一部が開口しているので、磁性部材１を発電用コイル２のみに通し、集磁部材３の磁界発生部１１に対向する面３５ａの開口している方向から、凹部からなる挿通部３１ａに磁性部材１を挿入すればよい。これによって、安定的に高い出力の発電素子１００を得ることができるとともに、磁性部材１の集磁部材３ヘの挿入作業の効率を実施の形態１に比して向上させることができる。

実施の形態３．
実施の形態３に係る発電素子１００の基本構造は、実施の形態１と同じであり、集磁部材３の形状が実施の形態１とは異なる。以下では、実施の形態１と異なる集磁部材３の構成について説明する。

図２６は、実施の形態３に係る発電素子の構成の一例を示す断面図である。なお、上記した説明と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。図２６では、発電素子１００を、集磁部材３の位置で、磁性部材１の延在方向に垂直に切った断面を示している。

図２６に示される集磁部材３は、磁界発生部１１と対向する面３５ａとは反対側の面３５ｂから第２構成部３４に向けて設けられる凹部によって構成される挿通部３１ｂを有する。つまり、磁界発生部１１と対向する面３５ａとは反対側の面３５ｂの一部が開口している。図２に示した実施の形態１では、磁性部材１が挿通部３１内で接する位置は、挿通部３１を構成する孔の内面の磁界発生部１１とは反対側の位置にあった。しかし、図２６では、磁性部材１が挿通部３１ｂ内で接する位置は、挿通部３１を構成する凹部の磁界発生部１１側の位置となる。この位置を内接円５１は通ることになる。また、図２６では、集磁部材３の磁界発生部１１と対向する面３５ａが平坦である例が示されている。

図２６に示される集磁部材３は、直方体状の部材の、磁界発生部１１に対向する面３５ａとは反対側の面３５ｂから溝を形成するように加工することによって、挿通部３１ｂを形成することができる。このため、実施の形態３に係る発電素子１００では、実施の形態１の場合に比して集磁部材３の生産効率を向上させることができるとともに、製造コストを低減させることができる。

実施の形態３に係る発電素子１００を組み立てる場合には、集磁部材３は、磁界発生部１１に対向する面３５ａと反対側の面３５ｂが開口しているので、磁性部材１を発電用コイル２のみに通し、集磁部材３の磁界発生部１１に対向する面３５ａとは反対側の面３５ｂの開口している方向から、凹部からなる挿通部３１ｂに磁性部材１を挿入すればよい。これによって、実施の形態３では、安定的に高い出力の発電素子１００を得ることができるとともに、磁性部材１の集磁部材３ヘの挿入作業の効率を実施の形態１の場合に比して向上させることができる。

実施の形態４．
実施の形態４に係る発電素子１００の基本構造は、実施の形態１と同じであり、集磁部材３の形状が実施の形態１とは異なる。以下では、実施の形態１と異なる集磁部材３の構成について説明する。

図２７は、実施の形態４に係る発電素子の構成の一例を示す断面図である。なお、上記した説明と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。図２７では、発電素子１００を、集磁部材３の位置で、磁性部材１の延在方向に垂直に切った断面を示している。

図２７に示される集磁部材３では、第１構成部３３と第２構成部３４とが分離可能である。図２７では、第１構成部３３と第２構成部３４とが、境界面３２で分離可能に構成されている例を示している。すなわち、集磁部材３は、軟磁性材料からなる第１構成部３３と、軟磁性材料からなる第２構成部３４と、を有する。第１構成部３３の第２構成部３４と対向する面には、挿通部３１を構成する凹部３１１を有し、第２構成部３４の第１構成部３３と対向する面には、挿通部３１を構成する凹部３１２を有する。第１構成部３３と第２構成部３４とを境界面３２で接合することで、２つの凹部３１１，３１２によって挿通部３１が形成される。また、それぞれの凹部３１１，３１２は、第１構成部３３および第２構成部３４の１つの側面に溝を形成するように加工される。これによって、実施の形態４に係る発電素子１００では、穴あけ加工によって挿通部３１を形成する実施の形態１の場合に比して、生産効率を向上させることができるとともに、製造コストを低減させることができる。なお、分離可能な集磁部材３は、第１構成部３３と第２構成部３４とが、境界面３２で分離する構成に限られない。例えば、集磁部材３は、挿通部３１を含み、境界面３２と平行な面で第１構成部３３を含む部材と第２構成部３４を含む部材とに分離可能に構成されていてもよい。また、集磁部材３は、挿通部３１を含み、Ｚ軸方向と平行な面で第１構成部３３を含む部材と第２構成部３４を含む部材とに分離可能に構成されていてもよい。

発電素子１００を組み立てる場合には、磁性部材１を発電用コイル２に通し、磁性部材１を第１構成部３３の凹部３１１に設置した後、第２構成部３４の凹部３１２が磁性部材１に嵌るように、第２構成部３４を第１構成部３３に接触させ、両者を固定する。これによって、実施の形態４では、安定的に高い出力の発電素子１００を得ることができるとともに、磁性部材１の集磁部材３ヘの挿通作業の効率を実施の形態１の場合に比して向上させることができる。

実施の形態５．
実施の形態５にかかる発電素子の基本構造は、実施の形態１，４と同じであり、集磁部材３の構造が実施の形態１，４とは異なる。以下では、実施の形態１，４と異なる集磁部材３の構成について説明する。

図２８は、実施の形態５に係る発電素子の構成の一例を示す断面図である。なお、上記した説明と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。図２８では、発電素子１００を、集磁部材３の位置で、磁性部材１の延在方向に垂直に切った断面を示している。

集磁部材３は、境界面３２で分離可能な第１構成部３３ａおよび第２構成部３４を有する。実施の形態５では、第２構成部３４は軟磁性材料によって構成されるが、第１構成部３３ａは、非磁性材料によって構成される点が、実施の形態４とは異なる。つまり、集磁部材３は、全体が軟磁性材料で構成されている必要はなく、軟磁性材料を含んでいればよい。ただし、磁界発生部１１からの磁束６１が、一方の集磁部材３を経由して磁性部材１を通り、他方の集磁部材３から磁界発生部１１へと戻るようにするためには、集磁部材３の少なくとも第２構成部３４は軟磁性材料で構成される。このように、第１構成部３３ａを非磁性材料としても、第２構成部３４が軟磁性材料であれば、磁性部材１において実施の形態１，４の場合と同等の磁束密度の均一性が得られる。なお、その他の構成は、実施の形態１，４と同様である。

実施の形態５によっても、実施の形態４と同様の効果を得ることができる。

実施の形態６．
実施の形態１から５では、発電素子１００が、１つの単位構造部１０１を有する場合を例に挙げた。実施の形態６では、発電素子１００が、複数の単位構造部１０１を隣接して配置することによって構成される場合を説明する。

図２９は、実施の形態６に係る発電素子の構成の一例を示す上面図である。なお、上記した説明と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。実施の形態６では、発電素子１００ａは、３つの単位構造部１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃを有する。３つの単位構造部１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃは、磁界発生部１１の上部で、正三角形状に隣接して配置される。磁界発生部１１の回転中心１１２から各単位構造部１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃの磁性部材１の延在方向の中点に下した線分が、隣接する線分と１２０度となるように配置される。

ここで、図２９に示されるように単位構造部１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃを配置した場合の磁束について説明する。まず、単位構造部１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃが実施の形態１から５に示したものではなく、図７に示される従来の集磁部材３を備える構造である場合について説明する。

図３０は、従来の集磁部材を備える発電素子での磁束の流れを模式的に示す図である。図２９と同様に、図３０の発電素子１００ｂは、正三角形状に隣接して配置される３つの単位構造部１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃを有する。また、集磁部材３の体積比は１である。

図３０で、単位構造部１０２ａが単体で存在する場合を考える。この場合には、磁界発生部１１の領域Ｒ１１から出た磁束６１ｄは、単位構造部１０２ａの集磁部材３を経由して磁性部材１を通り、反対側の集磁部材３を経由した後に、磁界発生部１１に向かう。領域Ｒ１１は、単位構造部１０２ａの集磁部材３が集磁可能な領域であるとする。

つぎに、図３０に示されるように、発電素子１００ｂが複数の単位構造部１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃを隣接して配置した構造を有する場合について、具体的には、単位構造部１０２ａと単位構造部１０２ｂとについて考える。単位構造部１０２ａが単体で存在する場合と同様に、磁界発生部１１の領域Ｒ１１からの磁束６１ｄは、単位構造部１０２ａの集磁部材３を経由して磁性部材１を通り、反対側の集磁部材３を経由した後に、磁界発生部１１に向かう。また、磁界発生部１１の領域Ｒ１２からの磁束６１ｅは、単位構造部１０２ｂの集磁部材３を経由して磁性部材１を通り、反対側の集磁部材３を経由した後に、磁界発生部１１に向かう。そして、領域Ｒ１１と領域Ｒ１２とが重なる領域Ｒ１３から出た磁束６１ｄ，６１ｅは、単位構造部１０２ａの集磁部材３を経由するものもあれば、単位構造部１０２ｂの集磁部材３を経由するものもある。つまり、領域Ｒ１３からの磁束６１ｄ，６１ｅは、単位構造部１０２ａが単体で存在する場合には単位構造部１０２ａを経由するが、単位構造部１０２ａと単位構造部１０２ｂとが存在する場合には、単位構造部１０２ａと単位構造部１０２ｂとで分けられてしまう。このため、図７に示される従来の集磁部材３を使用した単位構造部１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃを配置した場合には、単位構造部１０２ａを単体で使用するときに比して、単位構造部１０２ａの磁性部材１を通る磁束６１ｄが減少し、磁界発生部１１の回転位相差が増大し、磁束密度の均一性が低下してしまうという問題があった。

しかし、図６、図１８または図１９に示されるように、第１構成部３３に対する第２構成部３４の体積比が１より大きい集磁部材３を有する単位構造部１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃを使用することで、磁界発生部１１に集磁部材３が接近し、磁界発生部１１から出る磁束６１ｄを積極的に集磁することが可能となる。図２９に示されるように、単位構造部１０１ａの集磁部材３は、領域Ｒ１からの磁束６１ｂを集めることができ、単位構造部１０１ｂの集磁部材３は、領域Ｒ２からの磁束６１ｃを集めることができる。領域Ｒ１と領域Ｒ２とが重なる領域Ｒ３からの磁束６１ｂ，６１ｃは、上記したように、単位構造部１０１ａおよび単位構造部１０１ｂの集磁部材３に集められるが、集磁部材３の体積比を大きくしたことで、領域Ｒ１から領域Ｒ３を除いた領域は、図３０の領域Ｒ１１から領域Ｒ１３を除いた領域よりも大きくなる。つまり、領域Ｒ３で隣接する単位構造部１０１ｂとの間で磁束６１ｃを分け合ったとしても、単位構造部１０１ａの集磁部材３は、領域Ｒ１内の領域Ｒ３を除いた領域からも磁束６１ｂを集磁することができる。この結果、他の単位構造部１０１ｂに集磁され、不足した磁束６１ｂを補うことができる。なお、ここでは、単位構造部１０１ａを例に挙げたが、他の単位構造部１０１ｂ，１０１ｃでも同様である。

さらに、図２９に示されるように、発電素子１００ａが３つの単位構造部１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃを有する場合には、実施の形態１から５のように単位構造部１０１を１つだけ使用する場合と比較して、集磁部材３の体積比を大きくすることが好ましい。ただし、この場合には、集磁部材３の第１構成部３３は同じ体積を有するものとする。集磁部材３の体積比を大きくすることで、単位構造部１０１を１つだけ使用する場合と同等の磁束６１ｂを集磁することができる。図２９に示されるように、発電素子１００ａが３つの単位構造部１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃを有する場合には、発電素子１００が１つの単位構造部１０１を有する場合と比較して、体積比を最大値である４以下となる範囲において、０．０５以上０．２５以下の範囲で大きくすることができる。つまり、第１構成部３３に対する第２構成部３４の体積比が１．０５より大きく４以下であり、１．３５以上２．８５以下であることがさらに望ましい。

上記した説明では、正三角形状に単位構造部１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃを配置した発電素子１００ａを例示したが、発電素子１００ａが複数の単位構造部１０１を有していればよく、配置形状は限定されない。

実施の形態６では、発電素子１００は、実施の形態１から５の単位構造部１０１を複数備える。また、単位構造部１０１は、体積比が１．０５より大きく４以下である集磁部材３を使用する。これによって、集磁効果を増加させ、隣接する単位構造部１０１に吸われた磁束６１ｅを補うことができる。このため、図４に示されるように、磁界発生部１１が時計回りに回転するときには、磁界発生部１１の極間を境に回転位相がθ１よりも小さいθ２で大バルクハウゼン効果が発生し、磁界発生部１１が反時計回りに回転するときには、磁界発生部１１の極間を境に－θ２で大バルクハウゼン効果が発生する。このように、磁界発生部１１の回転方向によって、大バルクハウゼン効果の発生する磁界発生部１１の回転位相差２θ２は、従来の集磁部材３を用いた単位構造部１０１の回転位相差２θ１に比して減少し、起電力の生じる磁界発生部１１の回転位相差も減少する。また、大バルクハウゼン効果を生じる磁性部材１の集磁部材３に挟まれる領域における磁束密度の分布を均一にすることができる。このため、磁性部材１の大バルクハウゼン効果が磁性部材１の各部で安定して生じやすくなり、大バルクハウゼン効果による磁化方向の反転が安定化される。つまり、発電素子１００のサイズの増加に影響を与える単位構造部１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃの第１構成部３３のサイズを変更せずに、発電素子１００のサイズの増加に影響を与えない単位構造部１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃの第２構成部３４のサイズを変更することによって、従来に比してサイズの増加を抑制しつつ磁性部材１に印加される外部磁界６０を大きくすることができる発電素子１００を得ることができる。また、磁界発生部１１の回転方向による、大バルクハウゼン効果による起電力の生じる磁界発生部１１の回転位相差の小さい発電特性を有する発電素子１００が得られる。この結果、電磁誘導によって、発電用コイル２から安定して起電力を発生させることができる。

また、安定的に起電力を発生する発電素子１００を用いることで、発電素子１００に発生した起電力を、ＩＣを駆動する電源として用いることができる。

実施の形態７．
実施の形態７では、実施の形態１から６に示した発電素子１００を磁気センサに適用する場合について説明する。

図３１は、実施の形態７に係る磁気センサの構成の一例を模式的に示す斜視図である。磁気センサ３０は、発電素子１００と、制御部４０と、を備える。図３１では、実施の形態１で説明した発電素子１００が用いられているが、実施の形態２から５で説明した発電素子１００を用いてもよい。磁気センサ３０は、磁界発生部１１によって生じる変動する外部磁界６０を検出する。磁界発生部１１は、発電素子１００に外部磁界６０を印加する。ここでは、磁界発生部１１は、図１に示されるものと同様に、円板状の磁石である。磁界発生部１１は、発電素子１００側の面の半分がＮ極であり、他の半分がＳ極であり、磁界発生部１１は、中心を通るＺ軸の回りに回転可能である。制御部４０は、発電素子１００の発電用コイル２と接続され、発電用コイル２で発生する誘導起電力を検知することで、外部磁界６０の変動を検知する。制御部４０は、一例ではＩＣによって構成される。

磁界発生部１１の回転によって、発電素子１００の集磁部材３で挟まれる領域の磁性部材１には均一に外部磁界６０が印加され、磁性部材１の延在方向における位置に依らず磁束密度が均一となる。すなわち、磁性部材１の延在方向における磁束密度の分布が均一となる。そして、磁束密度が予め定められた閾値以上になると、大バルクハウゼン効果によって磁束の反転が生じる。上記したように、集磁部材３で挟まれる領域の磁性部材１では、均一な磁束密度となるため、磁束の反転が急峻となる。この結果、電磁誘導によって発電用コイル２から発生する電圧がパルス状となる。制御部４０によって、このパルス状の電圧が検知される。

なお、図３１には、発電素子１００が１つの単位構造部１０１を有する磁気センサ３０が示されていた。しかし、磁気センサ３０の発電素子１００は、２つ以上の単位構造部１０１を有していてもよい。一例では、図２９に示されるように、３つの単位構造部１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃを有する発電素子１００ａが用いられてもよい。この場合、正三角形状に配置された３つの単位構造部１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃが１つのパッケージとされる。

図３２は、実施の形態７に係る磁気センサの構成の他の例を模式的に示す上面図である。なお、図３２では、制御部４０の図示を省略している。また、上記した説明と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。図３２では、磁気センサ３０が３つの発電素子１００ｃ，１００ｄ，１００ｅを有している。発電素子１００ｃ，１００ｄ，１００ｅは、それぞれ１つの単位構造部１０１を有している。また、発電素子１００ｃ，１００ｄ，１００ｅは、それぞれが１つのパッケージとされる。このように、磁気センサ３０では、１つの単位構造部１０１を有する複数の発電素子１００ｃ，１００ｄ，１００ｅをパッケージングしたものを配置した形態であってもよいし、図２９に示されるように、複数の単位構造部１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃを有する１つの発電素子１００ａをパッケージングしたものを配置した形態であってもよい。

実施の形態７の磁気センサ３０は、実施の形態１から６で説明した発電素子１００と、制御部４０と、を有する。発電素子１００では、集磁部材３に挟まれる領域の磁性部材１で、均一な磁束密度となるため、磁束の反転が急峻となり、発電用コイル２で発生する電圧がパルス状となる。このパルス状の電圧が制御部４０で検知することで、外部磁界６０の変動を知らせる磁気センサ３０を得ることができる。また、磁界発生部１１の回転によって変化する外部磁界６０によって生じる起電力によって制御部４０が動作される。これによって、無電源で信頼性の高い磁気センサ３０を提供することができる。

実施の形態８．
実施の形態８では、実施の形態１から５に示した発電素子１００をエンコーダに適用する場合について説明する。以下では、エンコーダとして、反射型光学式エンコーダを例に挙げる。

図３３は、実施の形態８に係る反射型光学式エンコーダの構成の一例を模式的に示す断面図である。図３３では、モータ８０が反射型光学式エンコーダ７０を備える例、すなわち反射型光学式エンコーダ７０が、モータ８０に取り付けられる例が示されている。反射型光学式エンコーダ７０は、ハウジング７１と、回転軸７２と、ハブ部材７３と、スケール板７４と、磁界発生部１１と、基板７５と、投光部７６と、受光部７７と、無電源センサである磁気センサ３０と、を備える。

ハウジング７１は、反射型光学式エンコーダ７０を構成する部品を覆う部材である。図３３では、ハウジング７１は、一方の底面が開口した筒状である。ハウジング７１は、筒状の一方の底面を構成する第１ハウジング７１ａと、筒状の側面を構成する第２ハウジング７１ｂと、を有する。第１ハウジング７１ａは、モータ８０と接触して設けられる。第２ハウジング７１ｂは、モータ８０のモータ回転軸８１の延在方向と平行な方向に延在する面を有し、反射型光学式エンコーダ７０を構成する部品を囲むように設けられる。

回転軸７２は、一方の端部がモータ８０のモータ回転軸８１と接続される。回転軸７２は、第１ハウジング７１ａを貫通するように配置される。ハブ部材７３は、回転軸７２の他方の端部に固定される円板状の部材であり、回転軸７２の回転によって回転する。スケール板７４は、回転角度を検出する光学パターンを有する。スケール板７４は、円盤型であり、ハブ部材７３に取り付けられる。光学パターンは、光の反射率が高い高反射部と低い低反射部を有し、スケール板７４のハブ部材７３が取り付けられる面とは反対側の面に設けられる。磁界発生部１１は、ハブ部材７３のスケール板７４が取り付けられる面とは反対側の面に取り付けられる複数の磁石である。一例では、磁界発生部１１は、ハブ部材７３に取り付けられる側の面における磁極が異なる２つの磁石によって構成される。

基板７５は、ハウジング７１の開口を覆うとともに、反射型光学式エンコーダ７０を構成する一部の部材を支持する板状部材である。投光部７６および受光部７７は、基板７５のスケール板７４に対向する面上に設けられる。投光部７６は、スケール板７４に向かって光を照射する発光素子である。受光部７７は、スケール板７４の光学パターンで反射された光を受光する受光素子である。投光部７６の一例は、レーザダイオードまたは発光ダイオードであり、受光部７７の一例は、フォトダイオードである。

磁気センサ３０は、基板７５のスケール板７４に対向する面とは反対側の面上に設けられる。発電素子１００の安定した電源供給およびパルス出力という特徴を用い、発電素子１００および制御部４０を組み合わせた図３１に示される磁気センサ３０を無電源センサとして用いている。磁気センサ３０の構成は、実施の形態７で説明したので省略する。

以上のように、ハブ部材７３、スケール板７４、磁界発生部１１、投光部７６および受光部７７がハウジング７１および基板７５によって囲まれる。

反射型光学式エンコーダ７０では、回転軸７２の回転時に、投光部７６から光を照射し、スケール板７４上の光学パターンで反射された光である反射光の光量変化を受光部７７で検出する。これによって、回転角度および回転速度が検出される。また、ハブ部材７３の回転に伴って磁界発生部１１から放出される磁力の方向変化によって発電素子１００が発電する。これによって、基準位置からの回転数が検出される。回転軸７２は、モータ８０のモータ回転軸８１と接続されており、モータ回転軸８１の回転と共に回転する。このため、反射型光学式エンコーダ７０は、回転軸７２の回転角度、回転数および回転速度を検出することによって、モータ８０の回転角度、回転数および回転速度を検出することができる。

なお、図３３では、磁界発生部１１は、ハブ部材７３のスケール板７４が取り付けられる面とは反対側に設けられる場合が示されているが、ハブ部材７３とスケール板７４との間に設けてもよい。この場合、ハブ部材７３と磁界発生部１１とを固定する工程を省略することができ、生産効率の向上を図ることができる。さらに、ハブ部材７３を磁界発生部１１で構成してもよい。磁界発生部１１がハブ部材７３の機能を有することで、反射型光学式エンコーダ７０を構成する部品点数を削減することができ、生産効率を向上させることができる。この場合、ハブ部材７３の材料としては、プラスチック材料などに磁性粒子を分散させたものを用いることができる。この材料を用いることで、射出成形によってハブ部材７３を様々な形状に容易に成形することができる。また、ハブ部材７３は、プラスチック材料などに磁性粒子を分散させて形成する構成に限らず、フェライト磁石、アルニコ磁石、または希土類磁石材料で形成してもよい。

実施の形態８に係る反射型光学式エンコーダ７０は、実施の形態７で説明した磁気センサ３０を無電源センサとして備えるので、無電源で信頼性の高いエンコーダを提供することができるという効果を有する。また、上記した説明では、反射型光学式エンコーダ７０を例に挙げたが、磁気センサ３０を有するエンコーダであれば、実施の形態１から５に示した発電素子１００を適用することができ、反射型光学式エンコーダ７０と同様の効果を得ることができる。

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１，１Ａ 磁性部材、２ 発電用コイル、３ 集磁部材、１１ 磁界発生部、１５ 端子、２１ 端末線、３０ 磁気センサ、３１，３１ａ，３１ｂ 挿通部、３２ 境界面、３３，３３ａ 第１構成部、３４ 第２構成部、４０ 制御部、５１ 内接円、５２ 中心、６０ 外部磁界、６１，６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１ｅ 磁束、６２ 磁界、７０ 反射型光学式エンコーダ、７１ ハウジング、７１ａ 第１ハウジング、７１ｂ 第２ハウジング、７２ 回転軸、７３ ハブ部材、７４ スケール板、７５ 基板、７６ 投光部、７７ 受光部、８０ モータ、８１ モータ回転軸、１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ 発電素子、１０１，１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ 単位構造部、１１１Ａ，１１１Ｂ 磁石構成部、１１２ 回転中心、３１１，３１２ 凹部。

Claims (19)

1. 大バルクハウゼン効果を生じる磁性材料によって構成される磁性部材と、
   前記磁性部材を通る磁束が鎖交する発電用コイルと、
   前記磁性部材が挿通される挿通部を有し、前記挿通部に前記磁性部材が挿通されることで前記磁性部材と接触するように前記磁性部材の両端部に設けられる軟磁性材料を含む２つの集磁部材と、
   を備え、
   前記集磁部材は、前記挿通部における前記磁性部材を挿通する方向である第１方向と、前記集磁部材から視て前記磁性部材に磁界を印加する磁界発生部が配置される方向である第２方向と、の両方に垂直な方向である第３方向の前記挿通部の長さと同じ直径を有し、かつ前記挿通部に内接する仮想的な内接円の中心を通り、前記第２方向を法線ベクトルとする仮想的な面と平行である仮想的な面を境界面とした場合に、前記境界面から前記磁界発生部とは反対側の第１構成部と、前記境界面から前記磁界発生部側の第２構成部と、を有し、
   前記第２構成部の体積は、前記第１構成部の体積よりも大きいことを特徴とする発電素子。
2. 前記発電用コイルは、前記磁性部材に巻回して配置されることを特徴とする請求項１に記載の発電素子。
3. 前記発電用コイルは、前記磁性部材に沿って配置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。
4. 前記磁性部材は、線状であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の発電素子。
5. 前記集磁部材は、前記挿通部において前記磁界発生部の配置位置とは反対側の位置で前記磁性部材と接することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の発電素子。
6. 前記集磁部材は、前記磁界発生部と対向する面が平坦であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の発電素子。
7. 前記集磁部材は、前記磁界発生部と対向する面が湾曲していることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の発電素子。
8. 前記挿通部は、前記集磁部材を貫通する孔であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の発電素子。
9. 前記挿通部は、前記磁界発生部と対向する面から前記第１構成部に向けて設けられる凹部であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の発電素子。
10. 前記集磁部材は、前記磁界発生部と対向する面とは反対側の面から前記第２構成部に向けて設けられる凹部であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の発電素子。
11. 前記集磁部材は、前記第１構成部を含む部材および前記第２構成部を含む部材に分離可能であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載の発電素子。
12. 前記第１構成部および前記第２構成部は、軟磁性材料で構成されることを特徴とする請求項１１に記載の発電素子。
13. 前記第１構成部は、非磁性材料で構成され、
    前記第２構成部は、軟磁性材料で構成されることを特徴とする請求項１１に記載の発電素子。
14. 前記集磁部材は、冷間圧延鋼板からなることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１つに記載の発電素子。
15. 前記軟磁性材料は、ソフトフェライト、パーマロイ、パーメンジュール、ケイ素鋼、アモルファス磁性合金、ナノクリスタル磁性合金およびセンダストからなる群から選択される材料であることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１つに記載の発電素子。
16. 請求項１から１５のいずれか１つに記載の発電素子と、
    前記磁界発生部と、
    を備えることを特徴とする磁気センサ。
17. 前記磁界発生部の着磁方向は、前記発電素子に対向する面と交差する方向であることを特徴とする請求項１６に記載の磁気センサ。
18. 請求項１から１５のいずれか１つに記載の発電素子と、
    前記磁界発生部と、
    を備えることを特徴とするエンコーダ。
19. 請求項１８に記載のエンコーダを備えることを特徴とするモータ。
    
    

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