JPWO2018097110A1 - 発電素子、およびスマートキー - Google Patents

Abstract

本発明の発電素子の一つの態様は、第１方向に延びるコイルと、コイルの内側に挿入され、大バルクハウゼン効果が生じる磁性部材と、コイルの外側において、磁性部材の周囲に配置されるマグネットと、マグネットに固定される第１弾性部材と、磁性部材、コイル、マグネットおよび第１弾性部材を収容する筐体と、を備える。マグネットは、第１方向と直交する第２方向に沿って並んで配置される交互に異なる磁極を有する。第１弾性部材は、マグネットと筐体とを接続し、第２方向に伸縮可能である。マグネットは、第１弾性部材の伸縮に伴って、筐体に対して第２方向に移動する。

Description

本発明は、発電素子、およびスマートキーに関する。

大バルクハウゼンジャンプ（大バルクハウゼン効果）を利用することでコイルに電圧パルスを発生させ、発電できることが知られる。例えば、日本国特許第４４１５１５８号公報には、磁石を回転させることで、磁性素子に大バルクハウゼンジャンプを生じさせ、コイルに電圧パルスを発生させる構成が記載される。

日本国特許第４４１５１５８号公報

上記のような大バルクハウゼンジャンプを利用した発電素子においては、大バルクハウゼンジャンプを生じる磁性素子に対して磁石が動かされることで発電が行われる。しかし、上述した日本国特許第４４１５１５８号公報のような構成では、発電するために磁石を回転させる必要がある。そのため、例えば人の動きに起因して生じる振動等、発電素子の置かれる環境下において生じる振動を利用する場合には、磁石を回転させにくく、発電効率を十分に得にくい問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑みて、大バルクハウゼン効果を利用した発電素子であって、振動を利用して効率的な発電を行うことができる発電素子、およびそのような発電素子を備えたスマートキーを提供することを目的の一つとする。

本発明の発電素子の一つの態様は、第１方向に延びるコイルと、前記コイルの内側に挿入され、大バルクハウゼン効果が生じる磁性部材と、前記コイルの外側において、前記磁性部材の周囲に配置されるマグネットと、前記マグネットに固定される第１弾性部材と、前記磁性部材、前記コイル、前記マグネットおよび前記第１弾性部材を収容する筐体と、を備える。前記マグネットは、前記第１方向と直交する第２方向に沿って並んで配置される交互に異なる磁極を有する。前記第１弾性部材は、前記マグネットと前記筐体とを接続し、前記第２方向に伸縮可能である。前記マグネットは、前記第１弾性部材の伸縮に伴って、前記筐体に対して前記第２方向に移動する。

本発明のスマートキーの一つの態様は、上記の発電素子を備える。

本発明の一つの態様によれば、大バルクハウゼン効果を利用した発電素子であって、振動を利用して効率的な発電を行うことができる発電素子、およびそのような発電素子を備えるスマートキーが提供される。

図１は、第１実施形態の発電素子を上側から視た断面図である。 図２は、第１実施形態の発電素子を示す図であって、図１におけるII−II断面図である。 図３は、磁性部材に作用するマグネットによる磁界の強さの変化とコイルに生じる電圧の変化とを示すグラフである。 図４は、磁性部材内の磁束密度と磁性部材に作用するマグネットによる磁界の強さとの関係を示すグラフである。 図５は、第２実施形態の発電素子を上側から視た断面図である。 図６は、第２実施形態の発電素子を示す図であって、図５におけるVI−VI断面図である。 図７は、第３実施形態の発電素子を上側から視た断面図である。 図８は、第３実施形態の発電素子を示す図であって、図７におけるVIII−VIII断面図である。 図９は、スマートキーの実施形態を示す概略構成図である。

各図に示すＸＹＺ座標系において、Ｚ軸方向は、上下方向とする。Ｘ軸方向およびＹ軸方向は、Ｚ軸方向と直交する水平方向とし、互いに直交する方向とする。以下の説明においては、Ｚ軸方向を「上下方向Ｚ」と呼び、Ｘ軸方向を「左右方向Ｘ」と呼び、Ｙ軸方向を「前後方向Ｙ」と呼ぶ。Ｚ軸方向の正の側を「上側」と呼び、Ｚ軸方向の負の側を「下側」と呼ぶ。Ｘ軸方向の正の側を「右側」と呼び、Ｘ軸方向の負の側を「左側」と呼ぶ。Ｙ軸方向の正の側を「前側」と呼び、Ｙ軸方向の負の側を「後側」と呼ぶ。本実施形態において、上下方向Ｚは第３方向に相当し、左右方向Ｘは第２方向に相当し、前後方向Ｙは第１方向に相当する。なお、左右方向Ｘ、前後方向Ｙ、右側、左側、前側、および後側とは、単に各部の相対位置関係を説明するための名称であり、実際の配置関係等はこれらの名称で示される配置関係等以外の配置関係等であってもよい。

＜第１実施形態＞
図１に示すように、本実施形態の発電素子１０は、筐体１１と、回路基板６０と、キャパシタ７０と、コイル３０と、磁性部材２０と、マグネット４０と、第１弾性部材５１と、を備える。図１および図２に示すように、筐体１１は、上下方向Ｚに沿って視た外形が正方形の箱状である。筐体１１は、回路基板６０、キャパシタ７０、磁性部材２０、コイル３０、マグネット４０および第１弾性部材５１を収容する。なお、図２においては、第１弾性部材５１の図示を省略する。

筐体１１は、底壁部１３と、側壁部１２と、天壁部１４と、支持板部１６と、第１凸部１５ａ，１５ｂと、を有する。底壁部１３は、上下方向Ｚと直交する正方形板状である。側壁部１２は、底壁部１３の外縁から上側に突出する矩形環状である。図２に示すように、天壁部１４は、側壁部１２の上端に接続される。支持板部１６は、底壁部１３の上面に配置される。図１に示すように、支持板部１６は、左右方向Ｘに延びる長方形板状である。支持板部１６の左右方向両端部は、側壁部１２に接続される。

第１凸部１５ａ，１５ｂは、筐体１１の内側面から左右方向Ｘに突出する。第１凸部１５ａは、側壁部１２の内側面のうち左側の内側面から右側に突出する。第１凸部１５ｂは、側壁部１２の内側面のうち右側の内側面から左側に突出する。第１凸部１５ａ，１５ｂは、互いに他方の第１凸部に向かって突出する。第１凸部１５ａと第１凸部１５ｂとは、前後方向Ｙにおいて同じ位置に配置される。第１凸部１５ａ，１５ｂは、支持板部１６の上側に配置される。図示は省略するが、第１凸部１５ａ，１５ｂは、左右方向Ｘに延びる円柱状である。

回路基板６０は、支持板部１６よりも後側において底壁部１３の上面に配置される。回路基板６０は、上下方向Ｚと直交する正方形板状である。回路基板６０は、コイル３０と電気的に接続される。キャパシタ７０は、回路基板６０の上面に取り付けられる。

コイル３０は、前後方向Ｙに延びる。コイル３０は、導線が前後方向Ｙと平行な軸を中心として螺旋状に巻かれて構成される。すなわち、本明細書において「コイルの延びる方向」とは、螺旋状に巻かれたコイルの中心軸に沿った方向を含む。コイル３０は、回路基板６０の上側に配置される。図１では、コイル３０は、左右方向Ｘにおいて、発電素子１０の中央に配置される。

コイル３０の後側の端部は、第１端子３１と電気的に接続される。第１端子３１は、筐体１１の外部に配置される。コイル３０の前側の端部は、キャパシタ７０の一方の電極と電気的に接続される。キャパシタ７０の他方の電極は、第２端子３２と電気的に接続される。第２端子３２は、筐体１１の外部に配置される。このように、キャパシタ７０は、コイル３０と直列接続される。そのため、コイル３０に生じた電流によってキャパシタ７０を充電できる。これにより、発電素子１０が搭載される機器に応じて第１端子３１と第２端子３２とから好適に電力を出力できる。

磁性部材２０は、前後方向Ｙに延びる円柱状である。磁性部材２０は、回路基板６０の上側に配置される。図２に示すように、磁性部材２０は、回路基板６０の上面から上側に突出する支持部６１によって、下側から支持される。磁性部材２０は、コイル３０の内側に挿入される。本実施形態では、磁性部材２０にはコイル３０が巻き付けられる。本実施形態において磁性部材２０の前後方向Ｙの寸法は、コイル３０の前後方向Ｙの寸法とほぼ同じである。磁性部材２０は、大バルクハウゼン効果が生じる部材である。磁性部材２０は、例えば、アモルファス金属製である。ここで、大バルクハウゼン効果とは、ある対象に対して作用する磁界の向きが反転した際に、ある対象内の磁束密度の向きが急激に反転する大バルクハウゼンジャンプが生じる現象である。なお、磁性部材２０は、大バルクハウゼン効果が生じる部材であれば、特に限定されず、ウィーガント・ワイヤ等であってもよい。

マグネット４０は、コイル３０の外側において、磁性部材２０の周囲に配置される。図１では、マグネット４０は、磁性部材２０の前側に配置される。マグネット４０は、左右方向Ｘに延びる角柱状である。図２に示すように、マグネット４０は、支持板部１６の上面に配置される。マグネット４０は、支持板部１６の上面に沿って左右方向Ｘに移動可能である。マグネット４０は、前後方向Ｙに沿って視て、磁性部材２０と重なる位置に配置される。そのため、マグネット４０が磁性部材２０の上側に配置されるような場合に比べて、発電素子１０の上下方向Ｚの寸法を小さくできる。

なお、本明細書において説明するマグネットと磁性部材との配置関係は、特に断りのない限り、少なくとも定常状態において満たせばよい。定常状態とは、筐体の下面を水平面上に設置した状態において、発電素子が停止し、かつ、マグネットが静止した状態である。

図１に示すように、マグネット４０は、前後方向Ｙと直交する左右方向Ｘに沿って並んで配置される交互に異なる磁極を有する。本実施形態においてマグネット４０は、交互に異なる磁極として、Ｎ極４１と、Ｎ極４１の右側に配置されるＳ極４２と、を有する。交互に異なる磁極同士の境界、すなわちＮ極４１とＳ極４２との境界４３における左右方向Ｘの位置は、磁性部材２０における左右方向幅内である。図１では、境界４３における左右方向Ｘの位置は、磁性部材２０の左右方向Ｘの中心における左右方向Ｘの位置と同じである。境界４３は、前後方向Ｙに沿って視て、磁性部材２０と重なる。境界４３は、マグネット４０の左右方向Ｘの中心に配置される。

第１弾性部材５１は、左右方向Ｘに伸縮可能である。第１弾性部材５１は、左右方向Ｘに延びるコイルバネである。第１弾性部材５１は、非磁性体である。第１弾性部材５１は、マグネット４０に固定される。第１弾性部材５１は、マグネット４０と筐体１１とを接続する。

本実施形態において第１弾性部材５１は、第１弾性部材５１ａと第１弾性部材５１ｂとの一対設けられる。一対の第１弾性部材５１ａ，５１ｂは、マグネット４０の左右方向両端部にそれぞれ固定される。第１弾性部材５１ａの右側の端部は、マグネット４０の左側の端部に固定される。第１弾性部材５１ａの左側の端部は、第１凸部１５ａに固定される。より詳細には、第１弾性部材５１ａは、第１弾性部材５１ａの左右方向端部、すなわち左側の端部の開口に第１凸部１５ａが嵌め合わされて、第１凸部１５ａに固定される。そのため、第１弾性部材５１ａを容易かつ安定して筐体１１に固定することができる。

第１弾性部材５１ｂの左側の端部は、マグネット４０の右側の端部に固定される。第１弾性部材５１ｂの右側の端部は、第１凸部１５ｂに固定される。より詳細には、第１弾性部材５１ｂは、第１弾性部材５１ｂの左右方向端部、すなわち右側の端部の開口に第１凸部１５ｂが嵌め合わされて、第１凸部１５ｂに固定される。そのため、第１弾性部材５１ｂを容易かつ安定して筐体１１に固定することができる。

第１弾性部材５１ａの弾性係数と第１弾性部材５１ｂの弾性係数とは、例えば、同じである。第１弾性部材５１ａ，５１ｂの弾性係数は、発電素子１０の使用環境等に応じて適宜決められる。なお、第１弾性部材５１ａの弾性係数と第１弾性部材５１ｂの弾性係数とは、互いに異なっていてもよい。

マグネット４０は、第１弾性部材５１の伸縮に伴って、筐体１１に対して左右方向Ｘに移動する。具体的には、発電素子１０に振動が加えられることで、第１弾性部材５１の左右方向Ｘの伸縮と共に、マグネット４０が左右方向Ｘに振動する。マグネット４０の左右方向Ｘの振動によって磁性部材２０に大バルクハウゼン効果が生じて、コイル３０に電圧パルスが生じる。

図３の上図は、磁性部材２０に作用するマグネット４０による磁界の強さＨの変化を示すグラフである。なお、図３の上図において横軸は時間ｔを示し、縦軸は磁性部材２０に作用する磁界の強さＨを示す。図３下図は、コイル３０に生じる電圧Ｖの変化を示すグラフである。図３の下図において横軸は時間ｔを示し、縦軸はコイル３０に生じる電圧Ｖを示す。図４は、磁性部材２０内の磁束密度Ｂと磁性部材２０に作用するマグネット４０による磁界の強さＨとの関係を示すグラフである。図４において横軸は磁界の強さＨを示し、縦軸は磁束密度Ｂを示す。

磁性部材２０には、マグネット４０によって生じる磁界が作用する。マグネット４０が左右方向Ｘに振動すると、例えば図３の上図に示すように、磁性部材２０に作用する磁界の強さＨが周期的に変化する。図３の上図では、例えば、Ｎ極４１が磁性部材２０と対向した際に磁性部材２０に作用する磁界の向きを正として示し、Ｓ極４２が磁性部材２０と対向した際に磁性部材２０に作用する磁界の向きを負として示す。Ｎ極４１が磁性部材２０と対向した際に磁性部材２０に作用する磁界の向きと、Ｓ極４２が磁性部材２０と対向した際に磁性部材２０に作用する磁界の向きとは、互いに逆向きである。マグネット４０が左右方向Ｘに振動して、磁性部材２０と前後方向Ｙに対向する磁極が交互に変化することで、磁性部材２０に作用する磁界の強さＨは、正の値と負の値とを交互に繰り返す。すなわち、磁性部材２０に作用する磁界の向きが交互に反転する。図３の上図は、マグネット４０が一定の振幅で左右方向Ｘに振動する場合について示しており、磁界の強さＨは、正弦波状に変化する。

磁性部材２０に作用する磁界の向きが変化した後に磁界の強さＨの絶対値が第１閾値に達すると、磁性部材２０内の磁束密度Ｂの向きが急激に反転する。この磁束密度Ｂの向きの急激な反転によって電磁誘導が生じ、図３下図に示すように、コイル３０に電圧パルスが生じる。

具体的には、例えば、図３に示す時刻ｔ１，ｔ３，ｔ５，ｔ７においてコイル３０に電圧パルスが生じる。時刻ｔ１，ｔ５は、磁界の向きが負の向きから正の向きに切り換わった後、磁界の強さＨが第１閾値Ｈ１に達した時刻である。図４に示すように、時刻ｔ１，ｔ５において磁束密度Ｂが負の値から正の値に急激に変化する。これにより、電磁誘導が生じて、コイル３０に電圧パルスが生じる。図３に示すように、時刻ｔ３，ｔ７は、磁界の向きが正の向きから負の向きに切り換わった後、磁界の強さＨが第１閾値−Ｈ１に達した時刻である。図４に示すように、時刻ｔ３，ｔ７において磁束密度Ｂが正の値から負の値に急激に変化する。これにより、電磁誘導が生じて、コイル３０に電圧パルスが生じる。ここで、図３の下図に示すように、時刻ｔ３，ｔ７において生じる電圧パルスの向きは、時刻ｔ１，ｔ５において生じる電圧パルスの向きと逆向きである。

電圧パルスが生じるためには、磁界の向きが反転する前に、磁界の強さＨの絶対値が第２閾値以上になる必要がある。これは、磁性部材２０内全体の磁化の向きを一方向に揃えるためである。第２閾値の絶対値は、第１閾値の絶対値よりも大きい。図３の上図では、磁界の強さＨが極大値となる時刻ｔ２，ｔ６において、磁界の強さＨの絶対値が第２閾値Ｈ２の絶対値以上なため、時刻ｔ３，ｔ７において電圧パルスが生じる。また、磁界の強さＨが極小値となる時刻ｔ４において、磁界の強さＨの絶対値が第２閾値−Ｈ２の絶対値以上なため、時刻ｔ５において電圧パルスが生じる。また、磁界の強さＨが極小値となる時刻ｔ８において、磁界の強さＨの絶対値が第２閾値−Ｈ２の絶対値以上なため、時刻ｔ８の後に磁界の強さＨが第１閾値Ｈ１となる時刻において電圧パルスが生じる。

以上のようにして、磁性部材２０に作用する磁界の向きが反転するごとに、コイル３０に電圧パルスが生じる。磁性部材２０に対向するマグネット４０の磁極が変化することで、磁性部材２０に作用する磁界の向きは変化する。すなわち、Ｎ極４１とＳ極４２とが磁性部材２０に対して交互に対向することで、その都度、コイル３０に電圧パルスが生じる。本実施形態では、マグネット４０が第１弾性部材５１によって左右方向Ｘに振動できるため、発電素子１０に振動が加えられると、一度の振動で磁性部材２０に対向するマグネット４０の磁極を複数回変化させることができる。そのため、発電素子１０に僅かに振動が加えられた場合であっても、コイル３０に複数回電圧パルスを生じさせることができ、発電素子１０の発電量を大きくすることができる。したがって、本実施形態によれば、振動を利用して効率的な発電を行うことができる。

また、大バルクハウゼン効果による磁束密度Ｂの向きの急激な反転は、磁界の強さＨの変化速度が小さい場合であっても生じる。そのため、発電素子１０に加えられた振動が小さく、マグネット４０が左右方向Ｘに振動する際のマグネット４０の移動速度が小さい場合であっても、コイル３０に電圧Ｖの値が比較的高い電圧パルスが生じる。これにより、発電素子１０に加えられた振動の大きさによらず、発電素子１０の発電量を大きくすることができる。

以上のように、本実施形態の発電素子１０によれば、発電素子１０に加えられる僅かな振動を利用して効率的な発電が可能である。そのため、例えば、発電素子１０を床に埋め込んで設置することで、人が床を歩いた際の振動を利用して効率的に発電を行うことができる。また、発電素子１０を人が携帯する機器に搭載することで、人が歩く際の振動を利用して効率的な発電を行うことができる。

また、本実施形態によれば、マグネット４０の左右方向両端部にそれぞれ固定された一対の第１弾性部材５１ａ，５１ｂが設けられるため、マグネット４０を安定して左右方向Ｘに振動させやすい。また、例えば、マグネット４０が左右方向Ｘに移動し過ぎて筐体１１に衝突することを抑制できる。

また、本実施形態によれば、境界４３の左右方向Ｘの位置は、磁性部材２０における左右方向幅内である。そのため、マグネット４０が左右方向Ｘに振動した際、磁性部材２０と対向するマグネット４０の磁極が切り換わりやすい。これにより、磁性部材２０に作用する磁界の向きが変化する回数を多くしやすく、発電素子１０の発電量を向上できる。

また、本実施形態によれば、第１弾性部材５１が非磁性体であるため、第１弾性部材５１は、マグネット４０によって生じる磁界に干渉しない。これにより、マグネット４０が左右方向Ｘに振動することによって、上述した磁性部材２０に作用する磁界の反転を好適に生じさせることができる。したがって、発電素子１０の発電量を好適に向上できる。

本発明は上述の実施形態に限られず、他の構成を採用することもできる。以下の説明においては、上記説明と同様に構成については、適宜同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。

第１弾性部材５１の数は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。第１弾性部材５１の数が３つ以上の場合には、例えばマグネット４０の左右方向端部に複数の第１弾性部材５１が固定される。また、第１弾性部材５１の筐体１１に対する固定方法は、特に限定されない。第１弾性部材５１は、側壁部１２に直接固定されてもよい。この場合、第１凸部１５ａ，１５ｂは設けられなくてもよい。第１弾性部材５１は、左右方向Ｘに伸縮可能でマグネット４０を左右方向Ｘに振動させられるならば、特に限定されない。第１弾性部材５１は、左右方向Ｘに伸縮可能な紐等であってもよい。第１弾性部材５１は、磁性体であってもよい。

また、マグネット４０の磁極は、２つに限られず、３つ以上であってもよい。この場合においても、Ｎ極４１とＳ極４２とが左右方向Ｘに沿って交互に並ぶ。また、キャパシタ７０とは異なる他の電子素子をコイル３０と直列接続してもよい。他の電子素子は、例えば、整流回路等である。また、キャパシタ７０は、設けられなくてもよい。

＜第２実施形態＞
図５に示すように、本実施形態の発電素子１１０において筐体１１１は、壁部１１７を有する。図６に示すように、壁部１１７は、支持板部１６の後側の端部から上側に立ち上がる壁である。壁部１１７の上端は、天壁部１４と接続される。図５に示すように、壁部１１７は、左右方向Ｘに延びる。壁部１１７の左右方向両端部は、側壁部１２と接続される。壁部１１７は、筐体１１１の内部を前後方向Ｙに仕切る。壁部１１７は、コイル３０とマグネット４０との前後方向Ｙの間に配置される。そのため、壁部１１７によって、マグネット４０がコイル３０に向かって後側に移動することを抑制できる。これにより、マグネット４０がコイル３０および磁性部材２０に衝突することを抑制できる。なお、図６においては、第１弾性部材５１の図示を省略する。

壁部１１７は、非磁性体である。そのため、壁部１１７は、マグネット４０によって生じる磁界に干渉しない。これにより、マグネット４０が左右方向Ｘに振動することによって、上述した磁性部材２０に作用する磁界の反転を好適に生じさせることができる。したがって、発電素子１１０の発電量を好適に向上できる。

本実施形態においてマグネット４０は、壁部１１７に接触した状態で左右方向Ｘに移動する。そのため、マグネット４０の左右方向Ｘの移動を壁部１１７によって案内することができる。これにより、マグネット４０の左右方向Ｘの移動を安定させることができる。

＜第３実施形態＞
図７に示すように、本実施形態の発電素子２１０において筐体２１１は、壁部２１７を有する。壁部２１７は、上下方向Ｚと直交する正方形板状である。壁部２１７の外縁は、側壁部１２の内側面に接続される。図８に示すように壁部２１７は、筐体２１１の内部を上下方向Ｚに仕切る。壁部２１７は、コイル３０とマグネット２４０との上下方向Ｚの間に配置される。そのため、マグネット２４０がコイル３０に向かって移動することを抑制でき、マグネット２４０がコイル３０および磁性部材２０に衝突することを抑制できる。本実施形態において筐体２１１は、第１実施形態の筐体１１と異なり、支持板部１６を有しない。なお、図８においては、第１弾性部材２５１の図示を省略する。

図７に示すように、筐体２１１において第１凸部２１５ａ，２１５ｂは、壁部２１７よりも上側において側壁部１２の内側面から左右方向Ｘに突出する。第１凸部２１５ａ，２１５ｂは、筐体２１１の前後方向Ｙの中央に配置される。

本実施形態において筐体２１１は、第２凸部２１８ａ，２１８ｂを有する。第２凸部２１８ａ，２１８ｂは、筐体２１１の内側面から前後方向Ｙに突出する。第２凸部２１８ａは、側壁部１２の内側面のうち前側の内側面から後側に突出する。第２凸部２１８ｂは、側壁部１２の内側面のうち後側の内側面から前側に突出する。第２凸部２１８ａ，２１８ｂは、互いに他方の第２凸部に向かって突出する。第２凸部２１８ａと第２凸部２１８ｂとは、左右方向Ｘにおいて同じ位置に配置される。第２凸部２１８ａ，２１８ｂは、壁部２１７よりも上側に配置される。第２凸部２１８ａ，２１８ｂの上下方向Ｚの位置は、第１凸部２１５ａ，２１５ｂの上下方向Ｚの位置と同じである。第２凸部２１８ａ，２１８ｂは、筐体２１１の左右方向Ｘの中央に配置される。図示は省略するが、第２凸部２１８ａ，２１８ｂは、左右方向Ｘに延びる円柱状である。

図８に示すように、マグネット２４０は、壁部２１７の上面に配置される。マグネット２４０は、壁部２１７の上面に沿って左右方向Ｘおよび前後方向Ｙに移動可能である。図７に示すように、マグネット２４０は、前後方向Ｙおよび左右方向Ｘの両方と直交する上下方向Ｚに沿って視て、磁性部材２０と重なる位置に配置される。そのため、マグネット２４０が磁性部材２０の前後方向Ｙの一方側に配置されるような場合に比べて、発電素子２１０の前後方向Ｙの寸法を小さくできる。

マグネット２４０は、上下方向Ｚに沿って視て、磁性部材２０の前後方向Ｙの中央に配置される。マグネット２４０は、上下方向Ｚに沿って視て、筐体２１１の中央に配置される。マグネット２４０の境界２４３における左右方向Ｘの位置は、磁性部材２０における左右方向幅内である。そのため、マグネット２４０が左右方向Ｘに振動した際、磁性部材２０と壁部２１７を介して対向するマグネット２４０の磁極が切り換わりやすい。これにより、磁性部材２０に作用する磁界の向きが変化する回数を多くしやすく、発電素子２１０の発電量を向上できる。図７では、境界２４３における左右方向Ｘの位置は、磁性部材２０の左右方向Ｘの中心における左右方向Ｘの位置と同じである。本実施形態では、境界２４３は、上下方向Ｚに沿って視て、磁性部材２０と重なる。

発電素子２１０は、第２弾性部材２５２を備える。第２弾性部材２５２は、前後方向Ｙに伸縮可能である。第２弾性部材２５２は、前後方向Ｙに延びるコイルバネである。第２弾性部材２５２は、非磁性体である。第２弾性部材２５２は、マグネット２４０に固定される。第２弾性部材２５２は、マグネット２４０と筐体２１１とを接続する。

本実施形態において第２弾性部材２５２は、第２弾性部材２５２ａと第２弾性部材２５２ｂとの一対設けられる。一対の第２弾性部材２５２ａ，２５２ｂは、マグネット２４０の前後方向両端部にそれぞれ固定される。第２弾性部材２５２ａの後側の端部は、マグネット２４０の前側の端部に固定される。本実施形態では第２弾性部材２５２ａの後側の端部は、マグネット２４０の前側の端部のうちマグネット２４０の左右方向Ｘの中心、すなわち境界２４３に固定される。第２弾性部材２５２ａの前側の端部は、第２凸部２１８ａに固定される。より詳細には、第２弾性部材２５２ａは、第２弾性部材２５２ａの前後方向端部、すなわち前側の端部の開口に第２凸部２１８ａが嵌め合わされて、第２凸部２１８ａに固定される。そのため、第２弾性部材２５２ａを容易かつ安定して筐体２１１に固定することができる。

第２弾性部材２５２ｂの前側の端部は、マグネット２４０の後側の端部に固定される。本実施形態では第２弾性部材２５２ａの前側の端部は、マグネット２４０の後側の端部のうちマグネット２４０の左右方向Ｘの中心、すなわち境界２４３に固定される。第２弾性部材２５２ｂの後側の端部は、第２凸部２１８ｂに固定される。より詳細には、第２弾性部材２５２ｂは、第２弾性部材２５２ｂの前後方向端部、すなわち後側の端部の開口に第２凸部２１８ｂが嵌め合わされて、第２凸部２１８ｂに固定される。そのため、第２弾性部材２５２ｂを容易かつ安定して筐体２１１に固定することができる。

第２弾性部材２５２ａの弾性係数と第２弾性部材２５２ｂの弾性係数とは、例えば、同じである。第２弾性部材２５２ａ，２５２ｂの弾性係数は、発電素子２１０の使用環境等に応じて適宜決められる。なお、第２弾性部材２５２ａの弾性係数と第２弾性部材２５２ｂの弾性係数とは、互いに異なっていてもよい。また、第１弾性部材２５１の弾性係数と第２弾性部材２５２の弾性係数とは、同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。

本実施形態において第１弾性部材２５１ａ，２５１ｂは、前後方向Ｙにおいて筐体２１１の中央に配置される。第２弾性部材２５２ａ，２５２ｂは、左右方向Ｘにおいて筐体２１１の中央に配置される。

マグネット２４０は、第２弾性部材２５２の伸縮に伴って、筐体２１１に対して前後方向Ｙに移動する。具体的には、発電素子２１０に振動が加えられることで、第２弾性部材２５２の前後方向Ｙの伸縮と共に、マグネット２４０が前後方向Ｙに振動する。本実施形態によれば、第２弾性部材２５２が設けられることで、マグネット２４０が前後方向Ｙに移動した際に、第２弾性部材２５２が伸縮してマグネット２４０が移動する前後方向Ｙの向きと逆向きの力を加える。これにより、マグネット２４０が前後方向Ｙに移動し過ぎて筐体２１１に衝突することを抑制できる。一方、マグネット２４０の前後方向Ｙの移動がある程度許容されるため、発電素子２１０に加えられた振動によってマグネット２４０が自由に動きやすい。そのため、マグネット２４０がより左右方向Ｘに振動しやすくなり、発電素子２１０の発電量をより向上できる。

また、本実施形態によれば、マグネット２４０の前後方向両端部にそれぞれ固定された一対の第２弾性部材２５２ａ，２５２ｂが設けられるため、マグネット２４０を前後方向Ｙに安定して保持しやすい。また、マグネット２４０が前後方向Ｙに移動し過ぎて筐体２１１と衝突することをより抑制できる。

また、本実施形態のように、マグネット２４０の左右方向両端部とマグネット２４０の前後方向両端部とに弾性部材を設けることで、マグネット２４０を安定して保持することができる。また、マグネット２４０が左右方向Ｘおよび前後方向Ｙのいずれに移動する場合であっても、マグネット２４０が筐体２１１に衝突することを抑制できる。

なお、第２弾性部材２５２の数は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。第２弾性部材２５２の数が３つ以上の場合には、例えばマグネット２４０の前後方向端部に複数の第２弾性部材２５２が固定される。また、第２弾性部材２５２の筐体２１１に対する固定方法は、特に限定されない。第２弾性部材２５２は、側壁部１２に直接固定されてもよい。この場合、第２凸部２１８ａ，２１８ｂは設けられなくてもよい。第２弾性部材２５２は、前後方向Ｙに伸縮可能であれば、特に限定されない。第２弾性部材２５２は、前後方向Ｙに伸縮可能な紐等であってもよい。第２弾性部材２５２は、磁性体であってもよい。

＜スマートキーの実施形態＞
上述した各実施形態の発電素子が搭載される機器の一例としては、スマートキーが挙げられる。図９に示すように、本実施形態のスマートキー１は、ケース２と、制御部３と、受信部４と、送信部５と、操作部６と、上述した第１実施形態の発電素子１０と、を備える。

ケース２は、スマートキー１の各部を収容する。受信部４は、車両等に搭載された送信機からの信号を受信する。送信部５は、車両等に搭載された受信機に信号を送信する。操作部６は、使用者によって操作される。操作部６は、例えば、ボタンである。使用者が操作部６を押すことによって、制御部３に操作信号が送られる。制御部３には、受信部４と送信部５と操作部６とが接続される。制御部３は、受信部４によって受信された信号および操作部６から入力された操作信号に基づいて送信部５からの信号の送信を制御する。

スマートキー１において発電素子１０は、電源として機能する。すなわち、発電素子１０によって発電された電力が、スマートキー１の各部に供給される。例えば、スマートキー１は、使用者によって携帯される。そのため、使用者が歩行する、または使用者がスマートキー１を操作することで、スマートキー１に振動が加えられる。これにより、発電素子１０に振動が加えられ、上述したようにして発電される。したがって、電池の交換を不要にできる。

なお、上述した各実施形態の発電素子の用途は限定されず、スマートキー以外のいかなる機器に搭載されてもよい。また、上述した各構成は、相互に矛盾しない範囲内において、適宜組み合わせることができる。

なお、上述した各実施形態の発電素子において、筐体は、上下方向Ｚに沿って視た外形が円形の円筒形状としてもよい。

１…スマートキー、１０，１１０，２１０…発電素子、１１，１１１，２１１…筐体、１５ａ，１５ｂ，２１５ａ，２１５ｂ…第１凸部、２０…磁性部材、３０…コイル、４０，２４０…マグネット、４３，２４３…境界、５１，５１ａ，５１ｂ，２５１，２５１ａ，２５１ｂ…第１弾性部材、６０…回路基板、７０…キャパシタ、１１７，２１７…壁部、２５２，２５２ａ，２５２ｂ…第２弾性部材、Ｘ…左右方向（第２方向）、Ｙ…前後方向（第１方向）、Ｚ…上下方向（第３方向）

Claims (12)

1. 発電素子であって、
   第１方向に延びるコイルと、
   前記コイルの内側に挿入され、大バルクハウゼン効果が生じる磁性部材と、
   前記コイルの外側において、前記磁性部材の周囲に配置されるマグネットと、
   前記マグネットに固定される第１弾性部材と、
   前記磁性部材、前記コイル、前記マグネットおよび前記第１弾性部材を収容する筐体と、
   を備え、
   前記マグネットは、前記第１方向と直交する第２方向に沿って並んで配置される交互に異なる磁極を有し、
   前記第１弾性部材は、前記マグネットと前記筐体とを接続し、前記第２方向に伸縮可能であり、
   前記マグネットは、前記第１弾性部材の伸縮に伴って、前記筐体に対して前記第２方向に移動する。
2. 請求項１に記載の発電素子であって、
   前記第１弾性部材は、一対設けられ、
   前記一対の第１弾性部材は、前記マグネットの前記第２方向両端部にそれぞれ固定される。
3. 請求項１または２に記載の発電素子であって、
   前記マグネットは、前記第１方向に沿って視て、前記磁性部材と重なる位置に配置される。
4. 請求項１または２に記載の発電素子であって、
   前記マグネットは、前記第１方向および前記第２方向の両方と直交する第３方向に沿って視て、前記磁性部材と重なる位置に配置される。
5. 請求項４に記載の発電素子であって、
   前記マグネットに固定される第２弾性部材をさらに備え、
   前記第２弾性部材は、前記マグネットと前記筐体とを接続し、前記第１方向に伸縮可能であり、
   前記マグネットは、前記第２弾性部材の伸縮に伴って、前記筐体に対して前記第１方向に移動する。
6. 請求項５に記載の発電素子であって、
   前記第２弾性部材は、一対設けられ、
   前記一対の第２弾性部材は、前記マグネットの前記第１方向両端部にそれぞれ固定される。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の発電素子であって、
   前記筐体は、前記コイルと前記マグネットとの間に配置される非磁性体の壁部を有し、
   前記マグネットは、前記壁部に接触した状態で前記第２方向に移動する。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の発電素子であって、
   前記交互に異なる磁極同士の境界における前記第２方向の位置は、前記磁性部材における前記第２方向幅内である。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の発電素子であって、
   前記筐体は、前記筐体の内側面から前記第２方向に突出する第１凸部を有し、
   前記第１弾性部材は、前記第２方向に延びる円筒形状のコイルバネであり、
   前記第１弾性部材は、前記第１弾性部材の前記第２方向端部の開口に前記第１凸部が嵌め合わされて、前記第１凸部に固定される。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の発電素子であって、
    前記コイルと電気的に接続される回路基板と、
    前記回路基板に取り付けられるキャパシタと、
    をさらに備え、
    前記キャパシタは、前記コイルと直列接続される。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の発電素子であって、
    前記第１弾性部材は、非磁性体である。
12. スマートキーであって、
    請求項１から１１のいずれか一項に記載の発電素子を備える。

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