JP7811751B2 - 磁歪発電素子 - Google Patents
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Description
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磁歪体(同文献には、磁歪板と記載。)と、フレーム及び磁歪体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。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、発電量を高くすることが可能な磁歪発電素子を提供する。
また、本発明に係る磁歪発電素子は、少なくとも一部に磁歪体を有する磁歪体ユニットと、前記磁歪体に磁気バイアスを与える磁石と、コイルと、中空部を有し、前記磁歪体の少なくとも一部を前記中空部内に収めるボビンと、を備え、該ボビンは、前記コイルが巻回された被巻回部を、前記中空部が設けられた部位の外周側に有し、前記磁歪体ユニットは、前記ボビンの前記中空部内において、前記磁歪体ユニットに振動が生じたときの撓み量が小さい小振れ部と、前記磁歪体ユニットに振動が生じたときの撓み量が前記小振れ部よりも大きい大振れ部と、を備え、前記ボビンにおいて前記中空部を画定し前記磁歪体ユニットの周囲を囲む内壁は、前記小振れ部に対向する部位から前記大振れ部に対向する部位に向かうにつれて、前記磁歪体ユニットの撓み方向に広がるように前記内壁同士の対向間隔が拡大している。
なお、本実施形態で用いる図面は、本発明の磁歪発電素子の構成、形状、磁歪発電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、磁歪発電素子1(1X)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。
<概要>
まず、本実施形態に係る磁歪発電素子1の概要について主に図1から図3を参照して説明する。図1は、第1実施形態に係る磁歪発電素子1を示す斜視図、図2は、磁歪発電素子1の側面図である。図3は、磁石7及び磁歪体ユニット2を示す側面図である。
なお、図1においてはコイル6を省略して示しており、図1及び図2においては、磁歪体4(図3参照)及び磁石7(図3参照)を省略して示している。
ボビン5は、コイル6が巻回された被巻回部5cを、中空部5bが設けられた部位の外周側に有することを特徴とする。
また、上記構成によれば、接着剤を必要とせず、接着剤の在庫管理や、その塗布量の調整が不要であり、接着剤の剥離等の問題も生じない。
さらには、磁歪体ユニット2に装着する前段階でボビン5にコイル6を巻回することができ、コイル6の巻回が容易になり、また、空芯のコイル6をフレーム3に取り付ける場合とは異なり、コイル6の巻線を傷つけることがない。
次に、磁歪体ユニット2について、図3に加え、図4を主に参照して説明する。図4は、フレーム3を示す斜視図である。
本実施形態に係る磁歪体ユニット2は、上記のように、磁性材料であり側面視U字状の板バネであるフレーム3と、フレーム3の上面に取り付けられ、磁歪材料(本実施形態においては鉄ガリウム合金)であり板状の磁歪体4と、によって構成されている。
磁歪体4は、外力が付加されたときに、その内部に生じる圧縮応力又は引張応力によって変形し、変形により磁束を変化させる逆磁歪効果を備えている。
フレーム3の第2片部3dに外力が付加されて振動することにより、磁石7とフレーム3に取り付けられた磁歪体4とのギャップにおける磁気抵抗が増減することで、コイル6内部を通過する磁束の変化量が増加することになる。
一方、撓み部3bの先端にもスリットが形成されている。このスリットには錘(図示せず)をネジ等で固定することができる。錘を撓み部3bの先端に取り付けることでフレーム3の共振周波数を所望に調整することができる。
第2片部3dにおける磁歪体4が取り付けられる部位は、他の部位よりも幅の狭い幅狭部3iとなっており、剛性が低められて撓みやすく形成されている。この幅狭部3iの周囲にボビン5におけるコイル6が巻回される被巻回部5cが配設されている。
次に、本実施形態に係るボビン5について、図1及び図2に加え、図5を主に参照して説明する。図5は、ボビン5を示す斜視図である。
本実施形態に係るボビン5は、磁歪体ユニット2を挿通させて、寸動型の被巻回部5cの外周にコイル6が取り付けられるものであり、例えば非弾性の樹脂材料で形成されている。
また、フランジ5eに貫通孔5aが形成されていることで、U字状に形成された磁歪体ユニット2にボビン5を簡単に取り付けることができる。
次に変形例に係るボビン5について、図6から図8を主に参照して説明する。図6は、変形例に係る磁歪発電素子を示す斜視図、図7は、変形例に係る磁歪発電素子を示す側面図である。図8は、コイル6を一部複数巻きにした構成を示す、コイル6周りの部分断面図である。
なお、図6においてはコイル6を省略して示しており、図6及び図7においては、磁歪体4(図3参照)及び磁石7(図3参照)を省略して示している。
ボビン5において中空部5bを画定し磁歪体ユニット2(フレーム3)の周囲を囲む内壁5gは、小振れ部3fに対向する部位から大振れ部3gに対向する部位に向かうにつれて、磁歪体ユニット2(フレーム3)の撓み方向に広がるように内壁5g同士の対向間隔が拡大している。
つまり、内壁5gによって確定される中空部5bは、切頭四角錘状(側面視台形状)に形成されている。
すなわち、外壁5hの4面の内、2つの対向側面が平行に形成されており、残りの2つの対向する上下面は長手方向を沿って、折返し部3e(図4参照)に向かうにつれて収束するように形成されている。
なお、このような構成に限定されず、コイル6の線径やその軸心方向の長さに応じて、巻き数や、巻き数が異なる部位の長さを変更してもよい。
特に、歪が大きくなる第2片部3dの基端側(折返し部3e側)にある小振れ部3fに対応する長さ領域に対する巻き数が多いことで、磁歪体4による逆磁歪効果による磁束密度の変化の影響を高めることができる。
次に、第2実施形態に係る磁歪発電素子1Xについて、図9及び図10を主に参照して説明する。図9及び図10は、第2実施形態に係る磁歪発電素子1Xを示す斜視図である。なお、図9においては磁歪体4(図3参照)の図示を省略している。また、図9及び図10においては、コイル6の巻線の図示を省略している。
フランジ15e、15fの少なくとも一方(本実施形態においてはフランジ15f)にコイル6の端部を絡げるためのピン10が設けられている。
上記構成によれば、コイル6の端部をピン10に絡げ、導線とともにはんだ付けして、他の素子に電力を供給することができ、導線が断線することを抑制できる。
このように突出部15iによって軸心方向に肉厚に形成された部位にピン10が設けられていることで、磁歪発電素子1Xに振動が付加されたときにおいても、ピン10がフランジ15fから折れたりすることを抑制できる。
下側延出部15kの上面には、平面視矩形状の凹部15mが形成されている。凹部15m内に、フレーム3の基端部3aが収容される。また、凹部15mにおける、フレーム3のスリット3hに重なる位置に、取付穴15nが上下に貫通して形成されている。この取付穴15nは、フレーム3のスリット3hとともに、不図示の固定具が通されることにより共締めされる。
(1)
少なくとも一部に磁歪体を有する磁歪体ユニットと、
前記磁歪体に磁気バイアスを与える磁石と、
コイルと、
中空部を有し、前記磁歪体の少なくとも一部を前記中空部内に収めるボビンと、を備え、
該ボビンは、前記コイルが巻回された被巻回部を、前記中空部が設けられた部位の外周側に有することを特徴とする磁歪発電素子。
(2)
前記磁歪体ユニットは、基端部と撓み部と、を有し、
前記ボビンは、前記被巻回部から離間する方向に延在する延在部を有し、
前記磁歪体ユニットの前記基端部は、前記延在部に固定されている(1)に記載の磁歪発電素子。
(3)
前記磁歪体ユニットは、基端部を含む第1片部と、撓み部を含んで返り側にあり、前記被巻回部が周囲に配設された第2片部と、前記第1片部と前記第2片部とに接続された折返し部と、を備えて、側面視U字状に形成されており、
前記ボビンは、前記被巻回部の両端部にフランジを有し、前記中空部に前記第2片部が通されており、
前記両端部に設けられた前記フランジの少なくとも一方には、前記第1片部が通される貫通孔が形成されている(1)又は(2)に記載の磁歪発電素子。
(4)
前記磁歪体ユニットは、前記ボビンの前記中空部内において、前記磁歪体ユニットに振動が生じたときの撓み量が小さい小振れ部と、前記磁歪体ユニットに振動が生じたときの撓み量が前記小振れ部よりも大きい大振れ部と、を備え、
前記ボビンにおいて前記中空部を画定し前記磁歪体ユニットの周囲を囲む内壁は、前記小振れ部に対向する部位から前記大振れ部に対向する部位に向かうにつれて、前記磁歪体ユニットの撓み方向に広がるように前記内壁同士の対向間隔が拡大している(1)から(3)のいずれか一項に記載の磁歪発電素子。
(5)
前記ボビンは、前記内壁の外周側にあり前記被巻回部を構成する外壁を有し、
外壁は、前記小振れ部に対向する部位から前記大振れ部に対向する部位に向かうにつれて、前記磁歪体ユニットの撓み方向に広がるように前記外壁同士の間隔が拡大している(4)に記載の磁歪発電素子。
(6)
前記コイルにおいて、前記被巻回部における前記小振れ部に対応する長さ領域に対する巻き数は、前記大振れ部に対応する長さ領域に対する巻き数よりも多い(5)に記載の磁歪発電素子。
(7)
前記ボビンは、前記コイルの両端部に対向する位置に一対のフランジを有し、
該フランジの少なくとも一方に前記コイルの端部を絡げるためのピンが設けられている(1)から(6)のいずれか一項に記載の磁歪発電素子。
2 磁歪体ユニット
3 フレーム
3a 基端部
3b 撓み部
3c 第1片部
3d 第2片部
3e 折返し部
3f 小振れ部
3g 大振れ部
3h スリット
3i 幅狭部
4 磁歪体
5 ボビン
5a 貫通孔
5b 中空部
5c 被巻回部
5d 延在部
5e、5f フランジ
5g 内壁
5h 外壁
5j 脚部
5n スリット
6 コイル
7 磁石
10 ピン
15 ボビン
15e、15f フランジ
15i 突出部
15j 上側延出部
15k 下側延出部
15m 凹部
15n 取付穴
Claims (6)
- 少なくとも一部に磁歪体を有する磁歪体ユニットと、
前記磁歪体に磁気バイアスを与える磁石と、
コイルと、
中空部を有し、前記磁歪体の少なくとも一部を前記中空部内に収めるボビンと、を備え、
該ボビンは、前記コイルが巻回された被巻回部を、前記中空部が設けられた部位の外周側に有し、
前記磁歪体ユニットは、基端部を含む第1片部と、撓み部を含んで返り側にあり、前記被巻回部が周囲に配設された第2片部と、前記第1片部と前記第2片部とに接続された折返し部と、を備えて、側面視U字状に形成されており、
前記ボビンは、前記被巻回部の両端部にフランジを有し、前記中空部に前記第2片部が通されており、
前記両端部に設けられた前記フランジの少なくとも一方には、前記第1片部が通される貫通孔が形成されている磁歪発電素子。 - 少なくとも一部に磁歪体を有する磁歪体ユニットと、
前記磁歪体に磁気バイアスを与える磁石と、
コイルと、
中空部を有し、前記磁歪体の少なくとも一部を前記中空部内に収めるボビンと、を備え、
該ボビンは、前記コイルが巻回された被巻回部を、前記中空部が設けられた部位の外周側に有し、
前記磁歪体ユニットは、前記ボビンの前記中空部内において、前記磁歪体ユニットに振動が生じたときの撓み量が小さい小振れ部と、前記磁歪体ユニットに振動が生じたときの撓み量が前記小振れ部よりも大きい大振れ部と、を備え、
前記ボビンにおいて前記中空部を画定し前記磁歪体ユニットの周囲を囲む内壁は、前記小振れ部に対向する部位から前記大振れ部に対向する部位に向かうにつれて、前記磁歪体ユニットの撓み方向に広がるように前記内壁同士の対向間隔が拡大している磁歪発電素子。 - 前記ボビンは、前記内壁の外周側にあり前記被巻回部を構成する外壁を有し、
前記外壁は、前記小振れ部に対向する部位から前記大振れ部に対向する部位に向かうにつれて、前記磁歪体ユニットの撓み方向に広がるように前記外壁同士の間隔が拡大している請求項2に記載の磁歪発電素子。 - 前記コイルにおいて、前記被巻回部における前記小振れ部に対応する長さ領域に対する巻き数は、前記大振れ部に対応する長さ領域に対する巻き数よりも多い請求項3に記載の磁歪発電素子。
- 前記磁歪体ユニットは、基端部と撓み部と、を有し、
前記ボビンは、前記被巻回部から離間する方向に延在する延在部を有し、
前記磁歪体ユニットの前記基端部は、前記延在部に固定されている請求項1から4のいずれか一項に記載の磁歪発電素子。 - 前記ボビンは、前記コイルの両端部に対向する位置に一対のフランジを有し、
該フランジの少なくとも一方に前記コイルの端部を絡げるためのピンが設けられている請求項1から5のいずれか一項に記載の磁歪発電素子。
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