JPWO2020145396A1 - Wearable device - Google Patents
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Abstract
熱電変換効率の高い熱電変換素子が搭載されたウェアラブルデバイスを提供するために、温度勾配で発生するスピン流を電流に変換する熱電変換素子と、熱電変換素子で発生した電力を受電する対象物と、対象物の周辺部に延在して配置されるバンドとを備えるウェアラブルデバイスとする。 In order to provide a wearable device equipped with a thermoelectric conversion element having high thermoelectric conversion efficiency, a thermoelectric conversion element that converts a spin current generated by a temperature gradient into an electric current and an object that receives electric power generated by the thermoelectric conversion element. , A wearable device including a band extending and arranged around an object.
Description
本発明は、熱電変換素子を搭載したウェアラブルデバイスに関する。 The present invention relates to a wearable device equipped with a thermoelectric conversion element.
持続可能な社会に向けた熱マネジメント技術の一つとして、熱電変換への期待が高まっている。熱は、体温や太陽熱、工業排熱など様々な場面で回収できる一般的なエネルギー源である。そのため、エネルギー利用の高効率化や、携帯端末やセンサ等への給電、熱流センシングによる熱の流れの可視化といった様々な用途において、熱電変換への期待がさらに高まることが予想される。 Expectations for thermoelectric conversion are increasing as one of the heat management technologies for a sustainable society. Heat is a general energy source that can be recovered in various situations such as body temperature, solar heat, and industrial waste heat. Therefore, it is expected that expectations for thermoelectric conversion will further increase in various applications such as high efficiency of energy use, power supply to mobile terminals and sensors, and visualization of heat flow by heat flow sensing.
特許文献1には、固体中の電子と電荷のスピン流を利用するスピントロニクス技術を用いた熱型センサについて開示されている。特許文献1の熱型センサは、被検知対象の入射や付着によって発熱する検知膜と、検知膜で発熱した熱によって温度勾配が生ずる方向にスピン流を生成する磁性体膜と、磁性体膜で生成されたスピン流を電流へと変換する電極とを備える。
特許文献2には、熱源と放熱先との温度差に基づき発電する熱発電部材と、熱源と放熱先との間の伝熱経路中に設けられ、伝熱経路の熱抵抗を変更する可変抵抗部と、可変抵抗部を移動させる可変抵抗部移動機構とを備える熱発電携帯機器について開示されている。特許文献2の熱発電携帯機器によれば、生体への装着状態において発電効率の低下が抑制されるため、所望の発電量を確保することが可能になる。
特許文献3には、熱電素子を備えた熱発電腕時計について開示されている。特許文献3の熱発電腕時計は、金属製のケース、裏蓋、熱絶縁体、文字板、ムーブメント、熱電素子、上伝熱板、および下伝熱板を備える。熱電素子は、p型熱電半導体の柱とn型熱電半導体の柱とが交互に配置され、隣り合う柱の端面が配線電極によって電気的に接続された構造を有する。 Patent Document 3 discloses a thermoelectric wristwatch including a thermoelectric element. The thermoelectric generation watch of Patent Document 3 includes a metal case, a back cover, a thermal insulator, a dial, a movement, a thermoelectric element, an upper heat transfer plate, and a lower heat transfer plate. The thermoelectric element has a structure in which columns of a p-type thermoelectric semiconductor and columns of an n-type thermoelectric semiconductor are alternately arranged, and end faces of adjacent columns are electrically connected by wiring electrodes.
特許文献1の熱型センサによれば、スピン流を利用して発電をすることができる。しかしながら、特許文献1の熱型センサでは、十分な発電量を得ることは難しいという問題点があった。
According to the thermal sensor of
特許文献2の熱発電携帯機器は、熱発電部材を大型化できないため、十分な熱電変換効率を得ることができないという課題があった。
The thermoelectric power generation portable device of
特許文献3の熱発電腕時計においては、熱電素子の温度差が拡大するため、熱電変換効率が向上する。しかしながら、特許文献3の熱発電腕時計の熱電素子は、p型熱電半導体の柱とn型熱電半導体の柱とがカスケード接合されており、p型熱電半導体の柱とn型熱電半導体の柱との間に隙間が生じる。そのため、熱電素子全体に占める熱電半導体の割合に制限が生じ、大きさの割には熱電変換効率が小さいという問題点があった。 In the thermoelectric wristwatch of Patent Document 3, the temperature difference between the thermoelectric elements is widened, so that the thermoelectric conversion efficiency is improved. However, in the thermoelectric element of the thermoelectric watch of Patent Document 3, the pillar of the p-type thermoelectric semiconductor and the pillar of the n-type thermoelectric semiconductor are cascade-bonded, and the pillar of the p-type thermoelectric semiconductor and the pillar of the n-type thermoelectric semiconductor are joined. There is a gap between them. Therefore, there is a problem that the ratio of the thermoelectric semiconductor to the entire thermoelectric element is limited, and the thermoelectric conversion efficiency is small for the size.
本発明の目的は、上述した課題を解決し、十分な発電量を得ることができ、熱電変換効率の高い熱電変換素子が搭載されたウェアラブルデバイスを提供することにある。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a wearable device equipped with a thermoelectric conversion element capable of obtaining a sufficient amount of power generation and having high thermoelectric conversion efficiency.
本発明の一態様のウェアラブルデバイスは、温度勾配で発生するスピン流を電流に変換する熱電変換素子と、熱電変換素子で発生した電力を受電する対象物と、対象物の周辺部に延在して配置されるバンドとを備える。 The wearable device of one aspect of the present invention extends to a thermoelectric conversion element that converts a spin current generated by a temperature gradient into an electric current, an object that receives electric power generated by the thermoelectric conversion element, and a peripheral portion of the object. It is provided with a band to be arranged.
本発明の一態様のウェアラブルデバイスは、温度勾配で発生するスピン流を電流に変換する複数のバルク型熱電変換体と、隣接し合うバルク型熱電変換体同士を連結するとともに、電気的に接続する複数の連結部材と、複数のバルク型熱電変換体によって構成される熱電変換素子で発生した電力を受電する対象物とを備え、複数のバルク型熱電変換体を連結部材によって連結した構造によって形成されるバンドが、対象物の周辺部に延在して配置される。 In the wearable device of one aspect of the present invention, a plurality of bulk thermoelectric converters that convert a spin current generated by a temperature gradient into an electric current and adjacent bulk thermoelectric converters are connected and electrically connected to each other. It is formed by a structure in which a plurality of connecting members and an object for receiving electric power generated by a thermoelectric conversion element composed of a plurality of bulk thermoelectric converters are provided, and a plurality of bulk thermoelectric converters are connected by the connecting members. Bands are arranged so as to extend to the periphery of the object.
本発明の一態様のウェアラブルデバイスは、温度勾配で発生するスピン流を電流に変換する熱電変換素子と、熱電変換素子で発生した電力を受電する対象物を搭載する搭載部と、搭載部の周辺部に延在して配置されるバンドとを備える。 The wearable device according to one aspect of the present invention includes a thermoelectric conversion element that converts a spin current generated by a temperature gradient into an electric current, a mounting portion that mounts an object that receives electric power generated by the thermoelectric conversion element, and a peripheral portion of the mounting portion. It is provided with a band that extends to the portion and is arranged.
本発明によれば、十分な発電量を得ることができ、熱電変換効率の高い熱電変換素子が搭載されたウェアラブルデバイスを提供することが可能になる。 According to the present invention, it is possible to obtain a sufficient amount of power generation and to provide a wearable device equipped with a thermoelectric conversion element having high thermoelectric conversion efficiency.
以下に、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。なお、以下の実施形態の説明に用いる全図においては、特に理由がない限り、同様箇所には同一符号を付す。また、以下の実施形態において、同様の構成・動作に関しては繰り返しの説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. However, although the embodiments described below have technically preferable limitations for carrying out the present invention, the scope of the invention is not limited to the following. In all the drawings used in the following embodiments, the same reference numerals are given to the same parts unless there is a specific reason. Further, in the following embodiments, repeated explanations may be omitted for similar configurations and operations.
(第1の実施形態)
まず、本発明の第1の実施形態に係るウェアラブルデバイスについて、図面を参照しながら説明する。本実施形態のウェアラブルデバイスは、温度勾配で発生するスピン流を電流に変換する熱電変換素子を有する。本実施形態のウェアラブルデバイスに搭載される熱電変換素子は、薄膜型の熱電変換体(以下、薄膜型熱電変換体とも呼ぶ)を含む。本実施形態のウェアラブルデバイスは、人体から発せられる熱を熱電変換素子が受熱できる位置に装着される。以下において、本実施形態のウェアラブルデバイスは、手首に装着されることを想定するが、人体から発せられる熱を熱電変換素子が受熱できる位置であれば手首以外の箇所に装着されてもよい。また、以下において、本実施形態のウェアラブルデバイスを人体に装着させた際に、人体に近い側を下側、外側を上側とみなす。また、本実施形態においては、人体に近い側が高温、外側が低温になる構成を想定するが、人体に近い側が低温、外側が高温になるように構成してもよい。(First Embodiment)
First, the wearable device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The wearable device of the present embodiment includes a thermoelectric conversion element that converts a spin current generated by a temperature gradient into an electric current. The thermoelectric conversion element mounted on the wearable device of the present embodiment includes a thin film type thermoelectric converter (hereinafter, also referred to as a thin film type thermoelectric converter). The wearable device of the present embodiment is mounted at a position where the thermoelectric conversion element can receive the heat generated from the human body. In the following, the wearable device of the present embodiment is assumed to be worn on the wrist, but may be worn on a place other than the wrist as long as the thermoelectric conversion element can receive heat generated from the human body. Further, in the following, when the wearable device of the present embodiment is attached to the human body, the side close to the human body is regarded as the lower side, and the outer side is regarded as the upper side. Further, in the present embodiment, it is assumed that the side close to the human body has a high temperature and the outside has a low temperature, but the side close to the human body may have a low temperature and the outside may have a high temperature.
(構成)
図1〜図3は、本実施形態のウェアラブルデバイス1の構成の一例について説明するための概念図である。図1は、ウェアラブルデバイス1の側面図である。図2は、ウェアラブルデバイス1の下面図である。図3は、ウェアラブルデバイス1の上面図である。(composition)
1 to 3 are conceptual diagrams for explaining an example of the configuration of the
ウェアラブルデバイス1は、熱電変換素子11、対象物15、およびバンド17を備える。以下においては、ウェアラブルデバイス1が人体に装着されると、対象物15よりも熱電変換素子11の方が人体に近い側に位置するものとする。
The
熱電変換素子11は、温度勾配で発生するスピン流を電流に変換する薄膜型熱電変換体を含む。スピン流とは、電子のスピン角運動量の流れである。熱電変換素子11は、スピンゼーベック効果と逆スピンホール効果とを併用することにより、スピンを介して温度勾配を電気に変換する。
The
スピンゼーベック効果とは、磁性体に温度勾配が印加された際に、温度勾配と平行方向にスピン流が誘起される現象である。スピンゼーベック効果によれば、熱がスピン流に変換される熱スピン流変換が生じる。例えば、強磁性体であるニッケル・鉄(NiFe)膜や、イットリウム鉄ガーネット(Y3Fe5O12)などの磁性絶縁体と金属膜との界面においてスピンゼーベック効果が発現する。逆スピンホール効果とは、スピン流が流れた際に起電力が発生する現象である。逆スピンホール効果は、例えば白金(Pt)、パラジウム(Pd)などのように、スピン軌道相互作用が大きな物質において顕著に発現する。スピンゼーベック効果によって温度勾配で誘起されたスピン流は、逆スピンホール効果によって電界(電流、電圧)に変換できる。The spin Seebeck effect is a phenomenon in which a spin current is induced in a direction parallel to the temperature gradient when a temperature gradient is applied to the magnetic material. According to the spin Seebeck effect, a thermal spin current conversion occurs in which heat is converted into a spin current. For example, the spin Seebeck effect is exhibited at the interface between a metal film and a magnetic insulator such as a nickel-iron (NiFe) film which is a ferromagnet or yttrium iron garnet (Y 3 Fe 5 O 12). The reverse spin Hall effect is a phenomenon in which an electromotive force is generated when a spin current flows. The reverse spin Hall effect is remarkably exhibited in a substance having a large spin-orbit interaction, such as platinum (Pt) and palladium (Pd). The spin current induced by the temperature gradient by the spin Seebeck effect can be converted into an electric field (current, voltage) by the inverse spin Hall effect.
熱電変換素子11は、対象物15の下面に配置される。熱電変換素子11は、図示しない端子を介して対象物15に給電可能に接続される。熱電変換素子11は、ウェアラブルデバイス1が人体に装着された状態で、人体側と外側との温度勾配に応じて発電する。熱電変換素子11は、図示しない端子を経由して、温度勾配によって生じた電力を対象物15に給電する。
The
対象物15は、熱電変換素子11の上面に配置される。対象物15は、図示しない端子を介して熱電変換素子11から受電可能に接続される。対象物15は、熱電変換素子11から給電される電力を受電する。例えば、対象物15は、時計などのように消費電力の小さい装置である。例えば、対象物15は、識別情報を埋め込んだRF(Radio Frequency)タグや体温計などの装置であってもよい。なお、対象物15は、熱電変換素子11から給電される電力で動くことができれば、どのような装置であってもよい。
The
バンド17は帯状体であり、ウェアラブルデバイス1を人体に装着するための部品である。バンド17は、対象物15の周辺部に延在して配置される。図1の例では、バンド17は、対象物15の周辺部に延在して配置される二つのパーツによって構成される。バンド17は、バンド17を人体の一部に巻きつけた際に、対象物15に比べて熱電変換素子11が人体に近い側に配置されるように構成される。なお、図1〜図3においては、バンド17を人体に装着するための留具や穴などは省略する。
The
ウェアラブルデバイス1は、バンド17を手首などに巻きつけることによって人体に装着できる。ウェアラブルデバイス1が人体に装着されると、熱電変換素子11の人体側と、人体とは反対側(外側とも呼ぶ)との間に温度勾配が発生し、その温度勾配によって発生したスピン流によって起電力が発生する。その起電力によって発生する電流を対象物15に給電すれば、対象物15を駆動させることができる。なお、ウェアラブルデバイス1は、手首ではなく、頭や首、肩、腕、指、足、胸、腰などに装着するように構成してもよく、その装着位置は限定されない。
The
〔薄膜型熱電変換体〕
次に、熱電変換素子11に含まれる薄膜型熱電変換体について図面を参照しながら説明する。図4は、熱電変換素子11の構成の一例について説明するための概念図である。図5は、熱電変換素子11に含まれる薄膜型熱電変換体における熱電変換について説明するための概念図である。なお、図4および図5に示す熱電変換素子11の構成は概念的なものであり、起電体層111および磁性体層112の大きさや位置関係、配置状態などを正確に表すものではない。以下においては、熱電変換素子11が薄膜型熱電変換体で構成されるものとして説明する。[Thin film thermoelectric converter]
Next, the thin film type thermoelectric converter included in the
図4のように、熱電変換素子11は、起電体層111と磁性体層112とを積層させた構造を有する。磁性体層112は、図中のマイナスx方向に磁化方向Mを有する。図5のように、熱電変換素子11に温度勾配dTを印加すると、磁性体層112に熱スピン流Jsが発生する。熱スピン流Jsは、磁性体層112と起電体層111との界面近傍におけるスピン注入と呼ばれる過程を経て、起電体層111に純スピン流Jpを発生させる。スピン注入とは、磁性体層112と起電体層111との界面近傍において、磁化方向を中心軸として歳差運動する磁性体層112中のスピンが、起電体層111中のスピンを持たない伝導電子eと相互作用してスピン角運動量を授受する現象である。
As shown in FIG. 4, the
スピン注入により、起電体層111のスピン注入界面付近にスピンを持った伝導電子eが移動すると純スピン流Jpが生成する。純スピン流Jpは、アップスピンとダウンスピンを持った伝導電子eが互いに逆方向に同量流れる。その結果、電荷移動は起こらないものの、スピンの符号が互いに異なるためにスピン角運動量が流れる。以下においては、このスピン注入現象が起こりうる状態を磁気的に結合しているとも呼ぶ。スピン注入現象は、磁性体層112と起電体層111とが接触する場合に限らず、接触していない場合であっても、スピン角運動量が伝達しうる程度に接近している場合に生じる。すなわち、磁性体層112と起電体層111との間に空隙が存在する場合であっても、スピン注入現象が起こり得る場合は磁気的に結合する。
By spin injection, a pure spin current Jp is generated when conduction electrons e having spins move near the spin injection interface of the
起電体層111がスピン軌道相互作用の大きな材料により構成されている場合、スピン注入が起こると、逆スピンホール効果によって起電体層111の内部で伝導電子eが移動する。伝導電子eは、スピン流方向(z方向)と磁化方向(x方向)とに直交する方向(y方向)へ移動する。その結果、起電体層111の材料の性質に従って、プラスy方向およびマイナスy方向のいずれかの方向に電流Iが流れる。熱電変換素子11で発生する起電力は、磁性体層112で発生するスピン流の大きさに、磁性体層112と起電体層111との界面におけるスピン流の注入効率と、起電体層111における逆スピンホール効果による熱電変換効率とを乗算した大きさになる。
When the
以上が、熱電変換素子11に含まれる薄膜型熱電変換体についての説明である。本実施形態においては、逆スピンゼーベック効果を用いる例を挙げたが、異常ネルンスト効果を用いて熱電変換するように構成してもよい。
The above is the description of the thin film type thermoelectric converter included in the
以上のように、本実施形態のウェアラブルデバイスは、温度勾配で発生するスピン流を電流に変換する熱電変換素子と、熱電変換素子で発生した電力を受電する対象物と、対象物の周辺部に延在して配置されるバンドとを備える。本実施形態において、熱電変換素子は、対象物の一方の面に配置される。熱電変換素子は、起電体と、起電体に接して配置される磁性体とによって構成される薄膜型熱電変換体を含む。薄膜型熱電変換体は、磁性体と起電体とを積層させた構造を有し、人体の表面温度と外気の温度とに起因する温度勾配に応じて発電する。 As described above, the wearable device of the present embodiment has a thermoelectric conversion element that converts a spin current generated by a temperature gradient into an electric current, an object that receives electric power generated by the thermoelectric conversion element, and a peripheral portion of the object. It has a band that is extended and arranged. In this embodiment, the thermoelectric conversion element is arranged on one surface of the object. The thermoelectric conversion element includes a thin film type thermoelectric conversion body composed of a electromotive body and a magnetic body arranged in contact with the electromotive body. The thin-film thermoelectric converter has a structure in which a magnetic material and an electromotive body are laminated, and generates electricity according to a temperature gradient caused by the surface temperature of the human body and the temperature of the outside air.
本実施形態のウェアラブルデバイスは、エネルギーの散逸が少ないスピン流を利用したスピン熱電変換によって熱発電する熱電変換素子を搭載する。スピン流は、エネルギーの散逸が少ないため、高効率な熱電変換を実現できる。 The wearable device of the present embodiment is equipped with a thermoelectric conversion element that generates heat by spin thermoelectric conversion using a spin current with little energy dissipation. Since the spin current dissipates less energy, highly efficient thermoelectric conversion can be realized.
また、本実施形態のウェアラブルデバイスに搭載される熱電変換素子は、半導体型の熱電変換素子のようにp型熱電半導体の柱とn型熱電半導体の柱との間に生じる空隙がないため、体積当たりの熱電変換効率の上限が高い。 Further, the thermoelectric conversion element mounted on the wearable device of the present embodiment does not have a gap generated between the pillar of the p-type thermoelectric semiconductor and the pillar of the n-type thermoelectric semiconductor unlike the semiconductor type thermoelectric conversion element, and therefore has a volume. The upper limit of the thermoelectric conversion efficiency per hit is high.
すなわち、本実施形態によれば、熱電変換効率の高い熱電変換素子を搭載したウェアラブルデバイスを実現できる。 That is, according to the present embodiment, it is possible to realize a wearable device equipped with a thermoelectric conversion element having high thermoelectric conversion efficiency.
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係るウェアラブルデバイスについて、図面を参照しながら説明する。本実施形態のウェアラブルデバイスは、バルク型の熱電変換体(以下、バルク型熱電変換体とも呼ぶ)を含む熱電変換素子を搭載する点において第1の実施形態のウェアラブルデバイスとは異なる。(Second Embodiment)
Next, the wearable device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The wearable device of the present embodiment is different from the wearable device of the first embodiment in that a thermoelectric conversion element including a bulk type thermoelectric converter (hereinafter, also referred to as a bulk type thermoelectric converter) is mounted.
(構成)
図6は、本実施形態のウェアラブルデバイス2の構成の一例について説明するための側面図である。なお、ウェアラブルデバイス2の上面図および下面図は省略する。(composition)
FIG. 6 is a side view for explaining an example of the configuration of the
ウェアラブルデバイス2は、熱電変換素子21、対象物25、およびバンド27を備える。ウェアラブルデバイス2は、熱電変換素子21の構成が第1の実施形態のウェアラブルデバイス1とは異なる。以下においては、主に、ウェアラブルデバイス1と相違する点について説明する。
The
熱電変換素子21は、温度勾配で発生するスピン流を電流に変換するバルク型熱電変換体を含む。具体的には、熱電変換素子21は、スピンゼーベック効果を発現する磁性体材料を含む磁性体微粒子と、磁性体微粒子を被覆する起電体とによって構成される複数の熱電変換単位構造を含む。複数の熱電変換単位構造は、起電体を介して互いに接触する集合体を形成する。
The
熱電変換素子21は、対象物25の下面に配置される。熱電変換素子21は、図示しない端子を介して対象物25に給電可能に接続される。熱電変換素子21は、ウェアラブルデバイス2が人体に装着された状態で、人体側と外側との温度勾配に応じて発電する。熱電変換素子21は、図示しない端子を経由して、温度勾配によって生じた電力を対象物25に給電する。対象物25およびバンド27については、ウェアラブルデバイス1と同様であるために説明は省略する。
The
ウェアラブルデバイス2は、バンド27を手首などに巻きつけることによって人体に装着できる。ウェアラブルデバイス2が人体に装着されると、熱電変換素子21の人体側と、人体とは反対側との間に温度勾配が発生し、その温度勾配によって発生したスピン流によって起電力が発生する。その起電力によって発生する電流を対象物25に給電すれば、対象物15を駆動させることができる。
The
〔バルク型熱電変換体〕
次に、熱電変換素子21に含まれるバルク型熱電変換体について図面を参照しながら説明する。図7は、熱電変換素子21の斜視図と、その熱電変換素子21の一部の断面の拡大図とを併せて図示した概念図である。図8は、熱電変換単位構造200を構成する磁性体微粒子210および起電体220に発生するスピン流や磁化、電流について説明するための概念図である。なお、図7および図8に示す熱電変換素子21の構成は概念的なものであり、熱電変換単位構造200の大きさや位置関係、配置状態などを正確に表すものではない。[Bulk thermoelectric converter]
Next, the bulk thermoelectric converter included in the
図7のように、熱電変換素子21に含まれるバルク型熱電変換体は、複数の熱電変換単位構造200の集合体によって構成される。熱電変換単位構造200は、微粒子状の磁性体からなる磁性体微粒子210が起電体220によって被覆された構造を有する。熱電変換によって発生する電力は、素子の体積に比例する性質がある。そのため、大きな電力を得るためには、複数の熱電変換単位構造200を集合体として構成する。
As shown in FIG. 7, the bulk type thermoelectric converter included in the
磁性体微粒子210は、起電体220によって被覆される。磁性体微粒子210は、球体や楕円体、錐体、錐台、柱体、多面体などの形状を有する磁性体である。なお、磁性体微粒子210は、上述の形状に限らず、破片状であったり、液相または気相中から固化、析出、凝集させた物質が有する不定形の形状であったりしてもよい。また、磁性体微粒子210を構成する磁性体材料は、スピン流が散逸しにくい構造を備えた構成を含んでいてもよい。磁性体微粒子210は、結晶性が高い方が好適であり、単結晶であることが最適である。
The magnetic
磁性体微粒子210の粒径が大きすぎると、熱マグノンが散逸してしまい、一部の微粒子の温度差しか活用できなくなる。そのため、磁性体微粒子210の粒径は、磁性体微粒子210を構成する磁性体材料中の熱マグノンの拡散長相当の大きさであることが好ましい。また、磁性体微粒子210の最大径は、磁性体材料中の熱マグノンの拡散長よりも小さい方がよい。例えば、磁性体微粒子210としてイットリウム鉄ガーネット(YIG:Y3Fe5O12)などのガーネット系の磁性絶縁体結晶を用いることが想定される。磁性体微粒子210としてガーネット系の磁性絶縁体結晶が用いられる場合、その磁性体微粒子210の熱マグノン拡散長は、約50nm(ナノメートル)から10μm(マイクロメートル)程度であると推測される。また、結晶の成長方法によっては、ガーネット系の磁性絶縁体結晶の熱マグノン拡散長は、100μmに達すると推定される。これらの点を考慮すると、ガーネット系の磁性絶縁体結晶を用いる場合、磁性体微粒子210の粒径は、平均で1〜10μm、最大でも100μm程度とするのがよい。If the particle size of the magnetic
起電体220は、磁性体微粒子210を被覆する。起電体220は、金属や半導体、酸化物伝導体、有機伝導体などの材料を含む。起電体220は、スピン軌道相互作用が大きい金属材料を含有することが好ましい。例えば、起電体220は、スピンホール伝導率の電気伝導率に対する比で定義されるスピンホール角が0.001以上である金属材料を含有する構成とすることが好ましい。具体的には、起電体220は、金(Au)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、タングステン(W)、およびタンタル(Ta)のいずれか一つ以上を含む構成とすることが好ましい。
The
起電体220の厚さは、起電体220を構成する金属材料中のスピン流の拡散長に基づいて設定されることが好ましい。起電体220の厚さが拡散長よりも小さい場合、スピン流を電流に十分変換できなくなる。それに対し、起電体220の厚さが拡散長よりも大きくなると、発生する電流の量が飽和する一方で、起電体の内部抵抗が増大する。すなわち、起電体220の厚さが拡散長より大きすぎても小さすぎても取り出せる電力量が減ってしまうため、起電体220の厚さは、起電体220を構成する金属材料中のスピン流の拡散長程度の厚さとすることが好ましい。例えば、起電体220の厚さは、数nm〜数100nm程度が好ましい。
The thickness of the
図8は、x方向(紙面に対して垂直方向)に磁化方向Mを有する磁性体微粒子210を含む熱電変換単位構造200に対して、z方向(紙面の上下方向)の一様な温度勾配dTが印加される例である。
FIG. 8 shows a uniform temperature gradient dT in the z direction (vertical direction of the paper surface) with respect to the thermoelectric
このとき、熱電変換単位構造200の上部の起電体220においては、スピン流Jsの向き(プラスz方向)と磁化方向Mの向き(マイナスx方向)との外積方向Js×M(マイナスy方向)に上部電流Itが流れる。
At this time, in the
また、熱電変換単位構造200の下部の起電体220においては、スピン流Jsの向き(プラスz方向)および磁化方向M(マイナスx方向)の向きは変わらないため、上部電流Itと同じ向き(マイナスy方向)に下部電流Ibが流れる。なお、起電体220を構成する材料によっては、プラスy方向に上部電流Itおよび下部電流Ibが流れる場合があるが、以下においては、上部電流Itおよび下部電流Ibのいずれもマイナスy方向に流れるものとして説明する。
Further, in the
図8のように、熱電変換単位構造200の全体にマイナスz方向に向かう一様な温度勾配dTがある場合、熱電変換単位構造200の起電体220の内部でマイナスy方向に向けて起電力が発生する。
As shown in FIG. 8, when the entire thermoelectric
ここで、熱電変換単位構造200をxy平面に平行な面で切断した際に最大となる円周を赤道と呼ぶ。図8において、熱電変換単位構造200の赤道は、E−E線で表される。熱電変換単位構造200の赤道上においては、スピン流Jsが磁性体微粒子210と起電体220との界面に平行となるためにスピン注入が起こらない。そのため、熱電変換単位構造200の赤道上においては、スピンゼーベック効果および逆スピンホール効果による起電力はゼロとなる。したがって、熱電変換単位構造200が単体で存在している場合、上半球および下半球の領域で発生したマイナスy方向に向かう起電力は、赤道上の径路(短絡パスとも呼ぶ)を介して短絡した状態となるため、全体の起電力が減少するように働く。しかしながら、短絡パスの幅は限りなく狭く、ゼロに収束するので、インピーダンスは無限大となる。そのため、起電力が減少してしまう効果は限定的であり、実際にはマイナスy方向に向かう起電力がゼロになることはない。
Here, the circumference that becomes the maximum when the thermoelectric
熱電変換素子21は、複数の熱電変換単位構造200の集合体によって構成されるバルク型熱電変換体である。隣接し合う熱電変換単位構造200は互いに接触し合う。ここで、z軸方向に積み重なって隣接し合う二つの熱電変換単位構造200がともにマイナスx方向に磁化している状態で、マイナスz方向に温度勾配が印加される場合を想定する。この場合、熱流とスピン流はともに、二つの熱電変換単位構造200の接触界面を突き抜けて、一方の熱電変換単位構造200から他方の熱電変換単位構造200に向けて流れる。二つの熱電変換単位構造200の接触界面においては、一方の熱電変換単位構造200から流れ込むスピン流と、他方の熱電変換単位構造200に流れ出すスピン流との両方によって、マイナスy方向の起電力が発生する。理想的な状況では、二つの熱電変換単位構造200の接触界面における単位面積当たりの出力電力は、接触界面以外の部分の2倍になる。また、熱電変換単位構造200同士が接触し合う領域が一部に限られる場合、熱流は固体同士が接触している領域に集中して流れる。そのため、二つの熱電変換単位構造200の接触界面においては、単位面積当たりの出力電力が増加する分と、熱流が集中する分との相乗効果によって、単位面積当たりの出力電力が上昇する。
The
一方、接触界面以外の領域から大気へ放出される熱の流れは、固体を伝導して流れる熱と比較すると非常に小さい。そのため、接触界面以外で発生する熱起電力は非常に小さくなる。その結果、二つの熱電変換単位構造200の接触界面で発生した熱起電力を短絡してしまう場合が起こり得る。
On the other hand, the flow of heat released from a region other than the contact interface to the atmosphere is very small as compared with the heat flowing through a solid. Therefore, the thermoelectromotive force generated at other than the contact interface becomes very small. As a result, there may be a case where the thermoelectromotive force generated at the contact interface of the two thermoelectric
また、熱電変換素子21は、複数の熱電変換単位構造200の起電体220の表面が互いに電気的に接続されたネットワークを構成する。ここで、熱電変換素子21に含まれる複数の磁性体微粒子210のそれぞれを構成する磁性体材料が、マイナスx方向の向きに磁化しているものとする。このとき、熱流とスピン流とがともにプラスz方向の向きに流れていると、ネットワーク状に接続された起電体220においては、マイナスy方向の起電力が発生する。
Further, the
複数の熱電変換単位構造200同士がランダムに密接して存在する場合、熱電変換単位構造200の赤道上の短絡パスにおいても、隣接する熱電変換単位構造200で発生する起電力が重なりあう。そのため、起電体220の表面において起電力がゼロになる領域は無視できる程度にまで減少する。
When a plurality of thermoelectric
また、熱電変換素子21において、熱電変換単位構造200同士が電気的により密接に接続できるように、熱電変換単位構造200と導電性バインダとを組み合わせてもよい。導電性バインダとしては、金属や伝導性ポリマー製の箔、ナノワイア、マイクロワイア、ナノ粒子、マイクロ粒子などの導電性のある材料を用いることができる。例えば、導電性バインダとしては、ナノメートルあるいはマイクロメートルのオーダーの形状を有する材料を用いることができる。導電性バインダを用いる場合、起電体220の中に異物が挟まることによって、スピン流の緩和長が実効的に短くなるため、熱スピン流が起電体中で電流に十分変換されずに隣接する磁性体に透過してしまうことを防止することができる。すなわち、導電性バインダを用いれば、スピン流−電流変換の効率を向上させることが可能になる。
Further, in the
以上が、熱電変換素子21に含まれるバルク型熱電変換体についての説明である。なお、熱電変換素子21には、異常ネルンスト効果を発現する材料で構成されたブロック状のバルク型熱電変換体を用いてもよい。バルク型熱電変換体は、薄膜型熱電変換体と比べて厚みがあるため、より大きな温度勾配を得ることができる。そのため、バルク型熱電変換体を用いれば、薄膜型熱電変換体と比べて出力を増大できる。
The above is a description of the bulk thermoelectric converter included in the
以上のように、本実施形態のウェアラブルデバイスは、温度勾配で発生するスピン流を電流に変換する熱電変換素子と、熱電変換素子で発生した電力を受電する対象物と、対象物の周辺部に延在して配置されるバンドとを備える。本実施形態において、熱電変換素子は、対象物の一方の面に配置される。熱電変換素子は、磁性体微粒子と、磁性体微粒子の表面を被覆する起電体とによって構成される熱電変換単位構造の集合体がバルク状に形成されたバルク型熱電変換体を含む。バルク型熱電変換体は、人体の表面温度と外気の温度とに起因する温度勾配に応じて発電する。バルク型熱電変換体は、薄膜型熱電変換体と比べて厚くすることができるので、厚み方向の温度勾配が大きくなる。そのため、本実施形態によれば、第1の実施形態と比べて、熱電変換素子の発電量を向上できる。 As described above, the wearable device of the present embodiment has a thermoelectric conversion element that converts a spin current generated by a temperature gradient into an electric current, an object that receives electric power generated by the thermoelectric conversion element, and a peripheral portion of the object. It has a band that is extended and arranged. In this embodiment, the thermoelectric conversion element is arranged on one surface of the object. The thermoelectric conversion element includes a bulk type thermoelectric converter in which an aggregate of thermoelectric conversion unit structures composed of magnetic fine particles and an electromotive body covering the surface of the magnetic fine particles is formed in a bulk shape. The bulk thermoelectric converter generates electricity according to the temperature gradient caused by the surface temperature of the human body and the temperature of the outside air. Since the bulk thermoelectric converter can be made thicker than the thin film thermoelectric converter, the temperature gradient in the thickness direction becomes large. Therefore, according to the present embodiment, the amount of power generation of the thermoelectric conversion element can be improved as compared with the first embodiment.
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態に係るウェアラブルデバイスについて、図面を参照しながら説明する。本実施形態のウェアラブルデバイスは、薄膜型熱電変換体を含む熱電変換素子をバンドに配置する点において第1の実施形態のウェアラブルデバイスとは異なる。(Third Embodiment)
Next, the wearable device according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The wearable device of the present embodiment is different from the wearable device of the first embodiment in that a thermoelectric conversion element including a thin film type thermoelectric converter is arranged in a band.
(構成)
図9は、本実施形態のウェアラブルデバイス3の構成の一例について説明するための側面図である。ウェアラブルデバイス3は、熱電変換素子31、対象物35、およびバンド37を備える。ウェアラブルデバイス3は、熱電変換素子31を配置する位置が第1の実施形態のウェアラブルデバイス1とは異なる。以下においては、主に、ウェアラブルデバイス1と相違する点について説明する。(composition)
FIG. 9 is a side view for explaining an example of the configuration of the wearable device 3 of the present embodiment. The wearable device 3 includes a
熱電変換素子31は、温度勾配で発生するスピン流を電流に変換する薄膜型熱電変換体によって構成される。熱電変換素子31は薄膜型熱電変換体によって構成されるために柔軟性がある。熱電変換素子31は、バンド37が曲げられると、バンド37の変形に伴って変形する。
The
熱電変換素子31は、バンド37の下面に配置される。熱電変換素子31は、図示しない端子を介して対象物35に給電可能に接続される。熱電変換素子31は、ウェアラブルデバイス3が人体に装着された状態で、人体側と外側との温度勾配に応じて発電する。熱電変換素子31は、図示しない端子を経由して、温度勾配によって生じた電力を対象物35に給電する。
The
バンド37は、ウェアラブルデバイス3を人体に装着するための帯状体である。バンド37は、対象物35の周辺部に延在して配置される。図9の例では、バンド37は、対象物35の周辺部に延在して配置される二つのパーツによって構成される。バンド37の下面には熱電変換素子31が配置される。バンド37は、バンド37を人体の一部に巻きつけた際に、熱電変換素子31が人体に近い側に配置されるように構成される。なお、図9においては、バンド37を人体に装着するための留具や穴などは省略する。バンド37の素材については、特に限定を加えないが、人体側から外側に向けた温度勾配を大きくするために、熱伝導性が高いものの方が好ましい。
The
ウェアラブルデバイス3は、バンド37を手首などに巻きつけることによって人体に装着できる。ウェアラブルデバイス3が人体に装着されると、熱電変換素子31の人体側と、人体とは反対側との間に温度勾配が発生し、その温度勾配によって発生したスピン流によって起電力が発生する。その起電力によって発生する電流を対象物35に給電すれば、対象物35を駆動させることができる。
The wearable device 3 can be worn on the human body by wrapping the
図10は、本実施形態のウェアラブルデバイス3のバリエーション(ウェアラブルデバイス3−2)である。ウェアラブルデバイス3−2には、一端が対象物35に接続され、他端に留具36が配置される一対のバンド37を設ける。留具36は、一対のバンド37のうち少なくとも一方の他端に設けられる。図10は、留具36を閉じた状態である。留具36を開けば、ウェアラブルデバイス3−2は、図9のウェアラブルデバイス3と同様の形体になる。一対のバンド37のうち人体に接する側の面に熱電変換素子31が配置される。一対のバンド37に配置された熱電変換素子31は、図示しない端子を介して対象物35に給電可能に接続される。
FIG. 10 is a variation of the wearable device 3 of the present embodiment (wearable device 3-2). The wearable device 3-2 is provided with a pair of
留具36は、一対のバンド37に配置された熱電変換素子31を電気的に接続する。図10のウェアラブルデバイス3−2においては、留具36を開いた状態では熱電変換素子31から対象物35に給電するための回路が開く構造とする。図10のウェアラブルデバイス3−2においては、留具36を閉じると、バンド37を構成する二つのパーツに配置された熱電変換素子31が留具36を介して電気的に接続され、対象物35が稼働するために十分な電力や電圧がされる構造とする。留具36は、導電性があれば、その素材には特に限定を加えない。例えば、留具36は、全体的に導電性があってもよいし、一部に導電性があるように構成してもよい。
The
ウェアラブルデバイス3−2(図10)のような構成にすれば、留具36が閉じられている間だけ、熱電変換素子31から対象物35に十分な電力や電圧が供給される。そのため、ウェアラブルデバイス3−2は、人体に装着されていない状態では動作せず、予期せぬ温度勾配の印加によって誤動作するようなことがなくなる。また、ウェアラブルデバイス3−2は、ウェアラブルデバイス3−2が人体に装着されたことを検知する用途にも適用できる。なお、図10には留具36を一つしか図示していないが、一対のバンド37の他端のそれぞれに留具36を配置し、それらの留具36を互いに接続する形態であってもよい。
With the configuration as shown in the wearable device 3-2 (FIG. 10), sufficient power and voltage are supplied from the
図11は、本実施形態のウェアラブルデバイス3の別のバリエーション(ウェアラブルデバイス3−3)である。ウェアラブルデバイス3−3は、薄膜型熱電変換体を含む熱電変換素子31をバンド37の下面に配置し、バルク型の熱電変換素子32を対象物35の下面に配置した構成を有する。熱電変換素子31と熱電変換素子32とは、対象物35の近傍において電気的に接続される。薄膜型の熱電変換素子31とバルク型の熱電変換素子32を接続する際には、電流の流れる方向を考慮して接続すればよい。ウェアラブルデバイス3−3は、第2の実施形態のウェアラブルデバイス2と本実施形態のウェアラブルデバイス3とを組み合わせた構成である。ウェアラブルデバイス3−3は、バンド37の下面に配置される薄膜型の熱電変換素子31に加えて、対象物35の下面に配置されるバルク型の熱電変換素子32を有するため、ウェアラブルデバイス3と比べて熱電変換素子の出力をを大きくすることができる。
FIG. 11 is another variation of the wearable device 3 of the present embodiment (wearable device 3-3). The wearable device 3-3 has a configuration in which the
図12は、本実施形態のウェアラブルデバイス3の別のバリエーション(ウェアラブルデバイス3−4)である。ウェアラブルデバイス3−4は、二つのパーツによって構成されるバンド37の下面に熱電変換素子31を配置した構成を有する。バンド37が二つの部分によって構成されるため、ウェアラブルデバイス3−4は一対の熱電変換素子31を有する。一対の熱電変換素子31のそれぞれの一端は、図示しない端子によって対象物35に電気的に接続される。一対の熱電変換素子31のそれぞれの他端は、折り返し電極34および導電部材33を介して、対をなす熱電変換素子31の他端に電気的に接続される。折り返し電極34は、導電性のある材料であればその素材に限定を加えない。なお、折り返し電極34は、熱電変換素子31とは逆符号のスピン熱電材料を含んでいてもよい。折り返し電極34が熱電変換素子31と逆符号のスピン熱電材料を含んでいれば、ウェアラブルデバイス3−4は、さらに大きな電力を発生させることができる。また、発電効率や装着性を向上させるためには、熱電変換素子31と折り返し電極34が人体側で面一となるように構成する方が好ましい。また、ウェアラブルデバイス3(図9)、ウェアラブルデバイス3−2(図10)、ウェアラブルデバイス3−3(図11)、およびウェアラブルデバイス3−4(図12)を任意に組み合わせてもよい。
FIG. 12 is another variation of the wearable device 3 of the present embodiment (wearable device 3-4). The wearable device 3-4 has a configuration in which the
以上のように、本実施形態のウェアラブルデバイスは、薄膜型熱電変換体によって構成される熱電変換素子をバンドの下面に配置した構成を有する。熱電変換素子は、バンドのそれぞれの一方の面に配置される。本実施形態のウェアラブルデバイスでは、第1の実施形態よりも熱電変換素子の面積を大きく設定できる。すなわち、本実施形態によれば、熱電変換素子の発電量を向上できるので、第1の実施形態よりも消費電力の大きな対象物を搭載することができる。 As described above, the wearable device of the present embodiment has a configuration in which a thermoelectric conversion element composed of a thin film type thermoelectric converter is arranged on the lower surface of the band. The thermoelectric conversion element is arranged on one surface of each of the bands. In the wearable device of the present embodiment, the area of the thermoelectric conversion element can be set larger than that of the first embodiment. That is, according to the present embodiment, the amount of power generated by the thermoelectric conversion element can be improved, so that an object having a larger power consumption than that of the first embodiment can be mounted.
例えば、熱電変換素子は、バンドの一方の面に配置される薄膜型熱電変換体と、対象物の一方の面に配置され、バンドに配置された薄膜型熱電変換体と電気的に接続されるバルク型熱電変換体とによって構成される。例えば、熱電変換素子は、バンドの一方の面に配置される薄膜型熱電変換体と、バンドに配置された薄膜型熱電変換体の両端部を電気的に接続する導電部材とによって構成される。例えば、導電部材は、バンドに配置された薄膜型熱電変換体と同じ方向に温度勾配が印加された際に、薄膜型熱電変換体とは反対の向きに電流が流れる熱電変換材料を含む。例えば、本実施形態のウェアラブルデバイスには、一端が対象物に接続され、他端に留具が配置される一対のバンドが設けられ、留具は、一対のバンドに配置された薄膜型熱電変換体を電気的に接続する。 For example, the thermoelectric conversion element is electrically connected to a thin-film thermoelectric converter arranged on one surface of the band and a thin-film thermoelectric converter arranged on one surface of the object and arranged on the band. It is composed of a bulk thermoelectric converter. For example, the thermoelectric conversion element is composed of a thin-film thermoelectric converter arranged on one surface of the band and a conductive member that electrically connects both ends of the thin-film thermoelectric converter arranged on the band. For example, the conductive member includes a thermoelectric conversion material in which a current flows in the direction opposite to that of the thin film thermoelectric converter when a temperature gradient is applied in the same direction as the thin film thermoelectric converter arranged in the band. For example, the wearable device of the present embodiment is provided with a pair of bands in which one end is connected to an object and the fastener is arranged in the other end, and the fastener is a thin film type thermoelectric conversion arranged in the pair of bands. Connect your body electrically.
(第4の実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態に係るウェアラブルデバイスについて、図面を参照しながら説明する。本実施形態のウェアラブルデバイスは、バルク型熱電変換体を含む熱電変換素子をバンドに配置する点において第2の実施形態のウェアラブルデバイスとは異なる。(Fourth Embodiment)
Next, the wearable device according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The wearable device of the present embodiment is different from the wearable device of the second embodiment in that a thermoelectric conversion element including a bulk type thermoelectric converter is arranged in a band.
(構成)
図13は、本実施形態のウェアラブルデバイス4の構成の一例について説明するための側面図である。(composition)
FIG. 13 is a side view for explaining an example of the configuration of the
ウェアラブルデバイス4は、熱電変換体41、導電部材42、対象物45、およびバンド47を備える。ウェアラブルデバイス4は、熱電変換体41を配置する位置が第2の実施形態のウェアラブルデバイス2とは異なる。以下においては、主に、ウェアラブルデバイス2と相違する点について説明する。
The
熱電変換体41は、温度勾配で発生するスピン流を電流に変換するバルク型熱電変換体である。熱電変換体41は、バルク型であるために柔軟性がない。そのため、複数の熱電変換体41のブロックを導電部材42によって電気的に接続した構成にする。導電部材42は、バンド47が曲げられると、バンド47の変形に伴って変形する素材で構成する。
The
複数の熱電変換体41は、バンド47の下面に配置される。複数の熱電変換体41は、折り曲げ自在な導電部材42によって直列に接続される。対象物45の最も近くに配置される熱電変換体41は、図示しない端子を介して対象物45に給電可能に接続される。熱電変換体41は、ウェアラブルデバイス4が人体に装着された状態で、人体と外部との温度勾配に応じて発電する。熱電変換体41は、図示しない端子を経由して、温度勾配によって生じた電力を対象物45に給電する。なお、図13においては、熱電変換体41と導電部材42が人体側で凹凸を形成するように図示しているが、発電効率や装着性を向上させるためには人体側で面一となるように構成する方が好ましい。
The plurality of
バンド47は、ウェアラブルデバイス4を人体に装着するための帯状体である。バンド47は、対象物45の周辺部に延在して配置される。図13の例では、バンド47は、対象物45の周辺部に延在して配置される二つのパーツによって構成される。バンド47の下面には、導電部材42によって連結された複数の熱電変換体41のブロックが配置される。バンド47は、バンド47を人体の一部に巻きつけた際に、熱電変換体41が人体に近い側に配置されるように構成される。なお、図13においては、バンド47を人体に装着するための留具や穴などは省略する。バンド47の素材については、特に限定を加えないが、人体側から外側に向けた温度勾配を大きくするために、熱伝導性が高いものの方が好ましい。
The
ウェアラブルデバイス4は、バンド47を手首などに巻きつけることによって人体に装着できる。ウェアラブルデバイス4が人体に装着されると、熱電変換体41の人体側と、人体とは反対側との間に温度勾配が発生し、その温度勾配によって発生したスピン流によって起電力が発生する。その起電力によって発生する電流を対象物45に給電すれば、対象物45を駆動させることができる。
The
図14は、本実施形態のウェアラブルデバイス4のバリエーション(ウェアラブルデバイス4−2)である。ウェアラブルデバイス4−2は、バンド47の下面に複数のバルク型の熱電変換体41と、複数の薄膜型の熱電変換体43とを配置した構成を有する。複数のバルク型の熱電変換体41は、薄膜型の熱電変換体43を介して電気的に接続される。熱電変換体43は、スピン流を用いるスピン熱電変換によって熱発電する薄膜型熱電変換体を含む。熱電変換体43は、薄膜型であるために柔軟性がある。そのため、熱電変換体43は、バンド47が曲げられると、バンド47の変形に伴って変形する。なお、図14においては、バルク型の熱電変換体41と薄膜型の熱電変換体43が人体側で凹凸を形成するように図示しているが、発電効率や装着性を向上させるためには人体側で面一となるように構成した方が好ましい。
FIG. 14 is a variation of the
以上のように、本実施形態のウェアラブルデバイスは、バンドの下面にバルク型熱電変換体を配置した構成を有する。バルク型熱電変換体は、薄膜型熱電変換体と比べて厚くできるために厚み方向の温度勾配が大きくなる。そのため、本実施形態によれば、第1の実施形態と比べて発電量が大きくなる。 As described above, the wearable device of the present embodiment has a configuration in which a bulk thermoelectric converter is arranged on the lower surface of the band. Since the bulk thermoelectric converter can be made thicker than the thin film thermoelectric converter, the temperature gradient in the thickness direction becomes large. Therefore, according to the present embodiment, the amount of power generation is larger than that of the first embodiment.
例えば、熱電変換素子は、バンドの一方の面に配置される複数のバルク型熱電変換体と、バンドに配置された複数のバルク型熱電変換体を電気的に接続する導電部材とによって構成される。例えば、熱電変換素子は、バンドの一方の面に配置される複数のバルク型熱電変換体と、バンドに配置された複数のバルク型熱電変換体と電気的に接続される薄膜型熱電変換体とによって構成される。 For example, the thermoelectric conversion element is composed of a plurality of bulk thermoelectric converters arranged on one surface of the band and a conductive member for electrically connecting the plurality of bulk thermoelectric converters arranged on the band. .. For example, the thermoelectric conversion element includes a plurality of bulk thermoelectric converters arranged on one surface of the band and a thin film thermoelectric converter electrically connected to a plurality of bulk thermoelectric converters arranged on the band. Consists of.
(第5の実施形態)
次に、本発明の第5の実施形態に係るウェアラブルデバイスについて、図面を参照しながら説明する。本実施形態のウェアラブルデバイスは、バルク型熱電変換体でバンドを構成する点において第1の実施形態のウェアラブルデバイスとは異なる。(Fifth Embodiment)
Next, the wearable device according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The wearable device of the present embodiment is different from the wearable device of the first embodiment in that a band is formed by a bulk thermoelectric converter.
(構成)
図15および図16は、本実施形態のウェアラブルデバイス5の構成の一例について説明するための概念図である。図15は、ウェアラブルデバイス5の上面図である。図16は、ウェアラブルデバイス5の側面図である。(composition)
15 and 16 are conceptual diagrams for explaining an example of the configuration of the
ウェアラブルデバイス5は、熱電変換体51、連結部材52、および対象物55を備える。複数の熱電変換体51と複数の連結部材52とは、互いに連結されてバンド57を形成する。ウェアラブルデバイス5は、複数の熱電変換体51を連結部材52で連結することによってバンド57を構成する点で第4の実施形態のウェアラブルデバイス4とは異なる。以下においては、主に、ウェアラブルデバイス4と相違する点について説明する。
The
熱電変換体51は、温度勾配で発生するスピン流を電流に変換するバルク型熱電変換体である。熱電変換体51は、バルク型であるために柔軟性がない。そのため、複数の熱電変換体51のブロックを連結部材52によって電気的に接続した構成にする。
The
複数の熱電変換体51は、連結部材52によって連結されてバンド57を構成する。複数の熱電変換体51は、連結部材52によって接続される。対象物55の最も近くに配置される熱電変換体51は、図示しない端子を介して対象物55に給電可能に接続される。熱電変換体51は、ウェアラブルデバイス5が人体に装着された状態で、人体と外部との温度勾配に応じて発電する。熱電変換体51は、図示しない端子を経由して、温度勾配によって生じた電力を対象物55に給電する。
The plurality of
連結部材52は、隣接して配置される熱電変換体51同士を連結する部材である。また、連結部材52は、導電性を有し、隣接して配置される熱電変換体51同士を電気的に接続する。例えば、連結部材52は、連結対象の二つの熱電変換体51を電気的に接続しながら、それらの熱電変換体51を回転可能に接続する。二つの熱電変換体51と連結部材52とを電気的に接続する接点の露出を防止する場合は、接点の部分を絶縁性樹脂などで被覆すればよい。
The connecting
複数の熱電変換体51と複数の連結部材52とによって構成されるバンド57は、ウェアラブルデバイス5を人体に装着するための帯状体である。図15の例では、バンド57は、対象物55の周辺部に延在して配置される二つのパーツによって構成される。なお、図15および図16においては、バンド57を人体に装着するための留具や穴などは省略する。
The
ウェアラブルデバイス5は、バンド57を手首などに巻きつけることによって人体に装着できる。ウェアラブルデバイス5が人体に装着されると、熱電変換体51の人体側と、人体とは反対側との間に温度勾配が発生し、その温度勾配によって発生したスピン流によって起電力が発生する。その起電力によって発生する電流を対象物55に給電すれば、対象物55を駆動させることができる。
The
以上のように、本実施形態のウェアラブルデバイスは、複数のバルク型熱電変換体と、隣接し合うバルク型熱電変換体同士を連結するとともに、電気的に接続する複数の連結部材と、熱電変換素子で発生した電力を受電する対象物とを備える。複数のバルク型熱電変換体を連結部材によって連結した構造によって形成されるバンドは、対象物の周辺部に延在して配置される。本実施形態のウェアラブルデバイスでは、バンドにバルク型熱電変換体を仕込むことによって、人体とは反対側の面が外気に直接晒されるため、人体とは反対側の面において空気が入れ替わりやすい状況であれば、人体側と、人体とは反対側との間の温度勾配が大きくなる。そのため、本実施形態によれば、ウェアラブルデバイスを装着したユーザが歩行している状況のように、ウェアラブルデバイスの周囲の空気が入れ替わりやすい状況であれば、第1の実施形態と比べて、熱電変換効率や発電量を増大することができる。
(第6の実施形態)
次に、本発明の第6の実施形態に係るウェアラブルデバイスについて、図面を参照しながら説明する。本実施形態のウェアラブルデバイスは、同じ温度勾配によって異なる方向に電流が流れる2種類の熱電変換体を交互に接続して構成した熱電変換素子を搭載する点において第1の実施形態のウェアラブルデバイスとは異なる。As described above, in the wearable device of the present embodiment, a plurality of bulk thermoelectric converters and adjacent bulk thermoelectric converters are connected to each other, and a plurality of connecting members electrically connected to each other and a thermoelectric conversion element are provided. It is provided with an object that receives the power generated in. The band formed by the structure in which a plurality of bulk thermoelectric converters are connected by a connecting member is arranged so as to extend to the peripheral portion of the object. In the wearable device of the present embodiment, the surface opposite to the human body is directly exposed to the outside air by charging the band with the bulk thermoelectric converter, so that the air can easily be replaced on the surface opposite to the human body. For example, the temperature gradient between the human body side and the side opposite to the human body becomes large. Therefore, according to the present embodiment, if the air around the wearable device is easily replaced, such as when the user wearing the wearable device is walking, the thermoelectric conversion is performed as compared with the first embodiment. Efficiency and power generation can be increased.
(Sixth Embodiment)
Next, the wearable device according to the sixth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The wearable device of the first embodiment is different from the wearable device of the first embodiment in that it is equipped with a thermoelectric conversion element configured by alternately connecting two types of thermoelectric converters in which currents flow in different directions with the same temperature gradient. different.
図17は、本実施形態のウェアラブルデバイス6の構成の一例について説明するための側面図である。ウェアラブルデバイス6は、第1熱電変換体61、第2熱電変換体62、導電部材63、対象物65、およびバンド67を備える。ウェアラブルデバイス6は、第1熱電変換体61と第2熱電変換体62とを導電部材63で連結した熱電変換素子を搭載する。以下においては、主に、ウェアラブルデバイス1と相違する点について説明する。
FIG. 17 is a side view for explaining an example of the configuration of the wearable device 6 of the present embodiment. The wearable device 6 includes a first
第1熱電変換体61は、温度勾配で発生するスピン流を電流に変換する熱電変換素子を含む。第1熱電変換体61は、第2熱電変換体62と同じ温度勾配を印加された際に、第2熱電変換体62とは反対方向に電流が流れる材料で構成される。例えば、第1熱電変換体61をN型にする場合は第2熱電変換体62をP型にし、第1熱電変換体61をP型にする場合は第2熱電変換体62をN型にする。P型とN型では、磁化方向が同じで温度勾配方向も同じ場合には、反対方向の電流が流れる。第1熱電変換体61は、薄膜型熱電変換体であってもよいし、バルク型熱電変換体であってもよい。
The first
第2熱電変換体62は、温度勾配で発生するスピン流を電流に変換する熱電変換素子を含む。第2熱電変換体62は、第1熱電変換体61と同じ温度勾配を印加された際に、第1熱電変換体61とは反対方向に電流が流れる材料で構成される。例えば、第2熱電変換体62をP型にする場合は第1熱電変換体61をN型にし、第2熱電変換体62をN型にする場合は第1熱電変換体61をP型にする。第2熱電変換体62は、薄膜型熱電変換体であってもよいし、バルク型熱電変換体であってもよい。
The second
第1熱電変換体61と第2熱電変換体62とは、長手方向が略平行になるように配置される。隣接し合う第1熱電変換体61と第2熱電変換体62とは、熱電変換ユニットを構成し、導電部材63によって電気的に直列接続される。熱電変換素子の末端に位置する第1熱電変換体61と第2熱電変換体62とは、図示しない端子を介して対象物65と電気的に接続される。
The first
第1熱電変換体61、第2熱電変換体62、および導電部材63によって構成される熱電変換素子は、対象物65の下面に配置される。熱電変換素子の末端に位置する第1熱電変換体61および第2熱電変換体62は、図示しない端子を介して対象物65に給電可能に接続される。熱電変換素子は、ウェアラブルデバイス6が人体に装着された状態で、人体と外部との温度勾配に応じて発電する。熱電変換素子は、温度勾配によって生じた電力を図示しない端子を経由して対象物65に給電する。ウェアラブルデバイス6は、複数の熱電変換ユニットを直列に接続した構成を有するため、熱電変換ユニットの数に応じて電圧を高く設定できる。なお、図17には、熱電変換素子の末端に第1熱電変換体61および第2熱電変換体62を配置する例を図示しているが、一対の第1熱電変換体61あるいは一対の第2熱電変換体62を熱電変換素子の両末端に配置してもよい。
The thermoelectric conversion element composed of the first
図18は、本実施形態のウェアラブルデバイス6の別のバリエーション(ウェアラブルデバイス6−2)である。ウェアラブルデバイス6−2は、第1熱電変換体61と第2熱電変換体62とを導電部材63で連結した熱電変換素子をバンド67の下面に配置した構成を有する。第1熱電変換体61と第2熱電変換体62は、長手方向がバンド67の長手方向と略垂直になるように配置される。熱電変換素子の末端に位置する第1熱電変換体61および第2熱電変換体62は、図示しない端子を介して対象物65に電気的に接続される。図18のように、第1熱電変換体61と第2熱電変換体62の長手方向をバンド67の長手方向と略垂直にする場合、導電部材33を柔軟な素材で構成すればバンド67を屈曲させることができる。ウェアラブルデバイス6−2は、第1熱電変換体61と第2熱電変換体62とによって構成される熱電変換素子の表面積を大きくできるので、図17のウェアラブルデバイス6よりも高電圧かつ高出力に設定できる。
FIG. 18 is another variation of the wearable device 6 of the present embodiment (wearable device 6-2). The wearable device 6-2 has a configuration in which a thermoelectric conversion element in which a first
図19は、本実施形態のウェアラブルデバイス6の別のバリエーション(ウェアラブルデバイス6−3)である。ウェアラブルデバイス6−3は、第1熱電変換体61と第2熱電変換体62とを導電部材63で連結した熱電変換素子を対象物65およびバンド67の下面に配置した構成を有する。第1熱電変換体61と第2熱電変換体62とは、長手方向がバンド67の長手方向と略平行になるように配置される。熱電変換素子の末端に位置する第1熱電変換体61および第2熱電変換体62は、図示しない端子を介して対象物65に電気的に接続される。図19のように、第1熱電変換体61と第2熱電変換体62の長手方向をバンド67の長手方向と略平行にする場合、第1熱電変換体61および第2熱電変換体62を薄膜型熱電変換体で構成すればバンド67を屈曲させることができる。ウェアラブルデバイス6−3は、第1熱電変換体61と第2熱電変換体62とによって構成される熱電変換素子の表面積を対象物65の下面の分だけ大きくできるので、図18のウェアラブルデバイス6−2よりも高出力に設定できる。
FIG. 19 is another variation of the wearable device 6 of the present embodiment (wearable device 6-3). The wearable device 6-3 has a configuration in which a thermoelectric conversion element in which a first
図20は、本実施形態のウェアラブルデバイス6の別のバリエーション(ウェアラブルデバイス6−4)である。ウェアラブルデバイス6−4は、第1熱電変換体61と第2熱電変換体62とを導電部材63で連結した熱電変換素子を、対象物65およびバンド67の下面および上面に配置した構成を有する。上面側の第2熱電変換体62と下面側の第1熱電変換体61は、一端が対象物65に接続されたバンド67の他端に設置される導電部材63によって電気的に接続される。第1熱電変換体61と第2熱電変換体62は、長手方向がバンド67の長手方向と略平行になるように配置される。第1熱電変換体61と第2熱電変換体62は、図19のようにバンド67の長手方向に沿って並べて配置されてもよいし、バンド67の表面全体に貼り付けられてもよい。熱電変換素子の末端に位置する第1熱電変換体61および第2熱電変換体62は、図示しない端子を介して対象物65に電気的に接続される。図20のように、第1熱電変換体61と第2熱電変換体62の長手方向をバンド67の長手方向と略平行にする場合、第1熱電変換体61および第2熱電変換体62を薄膜型熱電変換体で構成すればバンド67を屈曲させることができる。ウェアラブルデバイス6−4は、第1熱電変換体61と第2熱電変換体62とによって構成される熱電変換素子の表面積をバンド67の上面の分だけ大きくできる。そのため、図20のウェアラブルデバイス6−4は、第1熱電変換体61と第2熱電変換体62とをバンド67の各面に配置することで温度勾配に影響がなければ、図19のウェアラブルデバイス6−3よりも熱電変換素子の出力を大きくすることができる。
FIG. 20 is another variation of the wearable device 6 of the present embodiment (wearable device 6-4). The wearable device 6-4 has a configuration in which a thermoelectric conversion element in which a first
以上のように、本実施形態のウェアラブルデバイスの熱電変換素子は、複数の第1熱電変換体と、複数の第2熱電変換体とによって構成される。複数の第2熱電変換体は、第1熱電変換体と導電部材によって電気的に接続され、第1熱電変換体と同じ温度勾配を印加された際に反対の向きに電流が流れる。第1熱電変換体と第2熱電変換体とは、長手方向が略平行になるように配置される。 As described above, the thermoelectric conversion element of the wearable device of the present embodiment is composed of a plurality of first thermoelectric converters and a plurality of second thermoelectric converters. The plurality of second thermoelectric converters are electrically connected to the first thermoelectric converter by a conductive member, and when the same temperature gradient as that of the first thermoelectric converter is applied, a current flows in the opposite direction. The first thermoelectric converter and the second thermoelectric converter are arranged so that the longitudinal directions are substantially parallel to each other.
すなわち、本実施形態のウェアラブルデバイスには、同じ熱勾配を印加した際に反対方向に電流が流れる2種類の熱電変換体を交互に接続した構成の熱電変換素子が搭載される。そのため、本実施形態によれば、複数の熱電変換ユニットを直列接続した構成にできるので、第1の実施形態よりも高電圧を得ることができる。 That is, the wearable device of the present embodiment is equipped with a thermoelectric conversion element having a configuration in which two types of thermoelectric converters in which currents flow in opposite directions when the same thermal gradient is applied are alternately connected. Therefore, according to the present embodiment, a plurality of thermoelectric conversion units can be connected in series, so that a higher voltage can be obtained than in the first embodiment.
(第7の実施形態)
次に、本発明の第7の実施形態に係るウェアラブルデバイスについて、図面を参照しながら説明する。本実施形態のウェアラブルデバイスは、帯状の薄膜型熱電変換体をバンドに巻きつける点において第1の実施形態のウェアラブルデバイスとは異なる。(7th Embodiment)
Next, the wearable device according to the seventh embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The wearable device of the present embodiment is different from the wearable device of the first embodiment in that a band-shaped thin film thermoelectric converter is wound around the band.
(構成)
図21〜図22は、本実施形態のウェアラブルデバイス7の構成の一例について説明するための概念図である。図21は、ウェアラブルデバイス7の構成の一例を示す側面図である。図22は、ウェアラブルデバイス7の構成の一例を示す上面図である。(composition)
21 to 22 are conceptual diagrams for explaining an example of the configuration of the
ウェアラブルデバイス7は、熱電変換体71、対象物75、およびバンド77を備える。ウェアラブルデバイス7は、帯状の薄膜型の熱電変換体71をバンド77の周りに巻きつける点で第1の実施形態のウェアラブルデバイス1とは異なる。以下においては、主に、ウェアラブルデバイス1と相違する点について説明する。なお、図21においては、バンド77の右端が露出するように図示しているが、実際にはバンド77の右端まで熱電変換体71を巻きつけておくことが好ましい。
The
熱電変換体71は、温度勾配で発生するスピン流を電流に変換する薄膜型熱電変換体によって構成される。熱電変換体71は、薄膜型であるために柔軟性がある。熱電変換体71は、バンド77が曲げられると、バンド77の変形に伴って変形する。
The
熱電変換体71は、バンド77の周りに巻きつけられる。熱電変換体71は、図示しない端子を介して対象物75に給電可能に接続される。熱電変換体71は、ウェアラブルデバイス7が人体に装着された状態で、人体と外部との温度勾配に応じて発電する。熱電変換体71は、図示しない端子を経由して、温度勾配によって生じた電力を対象物75に給電する。なお、バンド77の周りに熱電変換体71を巻きつける構成とする場合、バンド77の人体側の面では熱電変換体71の表側から裏側に向かう温度勾配になるのに対し、バンド77の外側の面では熱電変換体71の裏側から表側に向かう温度勾配になる。そのため、バンド77の人体側と外側とでは、温度勾配で発生するスピン流の向きが反対になり、端子から取り出せる電流が相殺される。しかしながら、ウェアラブルデバイス7を人体に装着すると、バンド77の外側の熱電変換体71に印加される温度勾配と比べて、バンド77の人体側の熱電変換体71に印加される温度勾配の方が大きいため、熱電変換体71の端子間には電流が流れる。
The
バンド77は、ウェアラブルデバイス7を人体に装着するための帯状体である。バンド77は、対象物75の周辺部に延在して配置される。図21〜図22の例では、バンド77は、対象物75の周辺部に延在して配置される二つのパーツによって構成される。バンド77の周囲には熱電変換体71が巻きつけられる。なお、図21においては、バンド77を人体に装着するための留具や穴などは省略する。なお、熱電変換体71は、バンド77を構成する二つのパーツのうちいずれか一方に巻きつけるように構成してもよい。
The
ウェアラブルデバイス7は、バンド77を手首などに巻きつけることによって人体に装着できる。ウェアラブルデバイス7が人体に装着されると、熱電変換体71の人体側と、人体とは反対側との間に温度勾配が発生し、その温度勾配によって発生したスピン流によって起電力が発生する。その起電力によって発生する電流を対象物75に給電すれば、対象物75を駆動させることができる。
The
以上のように、本実施形態のウェアラブルデバイスは、帯状に形成された薄膜型の熱電変換素子をバンドの周囲に巻きつけた構成を有する。本実施形態によれば、第1の実施形態と比べて、帯状の薄膜型熱電変換体の両端部の距離が長くなるため、より高い電圧を得ることができる。 As described above, the wearable device of the present embodiment has a configuration in which a thin film type thermoelectric conversion element formed in a band shape is wound around the band. According to the present embodiment, as compared with the first embodiment, the distance between both ends of the strip-shaped thin film thermoelectric converter is longer, so that a higher voltage can be obtained.
(第8の実施形態)
次に、本発明の第8の実施形態に係るウェアラブルデバイスについて図面を参照しながら説明する。本実施形態のウェアラブルデバイスは、対象物が着脱できる点で第1の実施形態のウェアラブルデバイスとは異なる。(8th Embodiment)
Next, the wearable device according to the eighth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The wearable device of the present embodiment is different from the wearable device of the first embodiment in that an object can be attached and detached.
図23〜図27は、本実施形態のウェアラブルデバイス8の構成の一例について説明するための概念図である。図23は、ウェアラブルデバイス8の上面図である。図24は、図23のA−A線でウェアラブルデバイス8を切断した際の断面図である。図25は、ウェアラブルデバイス8に搭載される対象物800の下面図である。図26は、対象物800をウェアラブルデバイス8に搭載した状態を示す上面図である。図27は、図26のB−B線でウェアラブルデバイス8を切断した際の断面図である。
23 to 27 are conceptual diagrams for explaining an example of the configuration of the wearable device 8 of the present embodiment. FIG. 23 is a top view of the wearable device 8. FIG. 24 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 23 when the wearable device 8 is cut. FIG. 25 is a bottom view of the
ウェアラブルデバイス8は、熱電変換素子81、搭載部82、第1給電端子83、第2給電端子84、およびバンド87を備える。また、対象物800は、第1受電端子801および第2受電端子802を有する。以下においては、ウェアラブルデバイス8が人体に装着されると、搭載部82よりも熱電変換素子81が人体側に位置するものとする。なお、熱電変換素子81は、第1給電端子83または第2給電端子84に電気的に接続される構成であれば、第1〜第7の実施形態のいずれの形態であってもよい。
The wearable device 8 includes a
熱電変換素子81は、温度勾配で発生するスピン流を電流に変換する熱電変換素子を含む。熱電変換素子81は、搭載部82の下面に配置される。熱電変換素子81は、ウェアラブルデバイス8の搭載部82に対象物800が搭載されると、第1給電端子83および第2給電端子84を介して対象物800に給電可能に接続される。熱電変換素子81はウェアラブルデバイス8が人体に装着された状態で、人体と外部との温度勾配に応じて発電する。熱電変換素子81は、第1給電端子83および第2給電端子84を介して、温度勾配によって生じた電力を対象物800に給電する。
The
搭載部82は、対象物800が搭載される部分を有する。図23のように、搭載部82の凹部には第1給電端子83および第2給電端子84が露出する。また、図24のように、対象物800の下面には第1受電端子801および第2受電端子802が露出する。図26のように、搭載部82の凹部に対象物800を嵌め込むことによって、対象物800を搭載部82に搭載できる。図27のように、第1給電端子83と第1受電端子801、第2給電端子84と第2受電端子802とが接触するように対象物800を搭載部82に嵌めこむことによって、対象物800と熱電変換素子81とが電気的に接続される。
The mounting
対象物800は、熱電変換素子81によって発生する電力で駆動させることができれば、どのような電子機器であってもよい。例えば、対象物800は、時計、活動量計、通信端末などのような電子機器である。
The
以上が本実施形態のウェアラブルデバイス8の構成についての説明である。なお、図23〜図27に示すウェアラブルデバイス8の構成は一例であって、本実施形態のウェアラブルデバイス8の構成をそのままの形態に限定するものではない。 The above is the description of the configuration of the wearable device 8 of the present embodiment. The configuration of the wearable device 8 shown in FIGS. 23 to 27 is an example, and the configuration of the wearable device 8 of the present embodiment is not limited to the same configuration.
以上のように、本実施形態のウェアラブルデバイスは、温度勾配で発生するスピン流を電流に変換する熱電変換素子と、熱電変換素子で発生した電力を受電する対象物を搭載する搭載部と、搭載部の周辺部に延在して配置されるバンドとを備える。熱電変換素子は、温度勾配によって発生するスピン流を用いて熱電変換する。本実施形態によれば、搭載された対象物に給電することができるだけではなく、搭載される対象物を交換することができるために汎用性が高い。 As described above, the wearable device of the present embodiment includes a thermoelectric conversion element that converts a spin current generated by a temperature gradient into an electric current, and a mounting unit that mounts an object that receives electric power generated by the thermoelectric conversion element. It is provided with a band that extends to the peripheral portion of the portion. The thermoelectric conversion element performs thermoelectric conversion using the spin current generated by the temperature gradient. According to the present embodiment, not only the mounted object can be supplied with power, but also the mounted object can be exchanged, so that the versatility is high.
以上、実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。 Although the present invention has been described above with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the structure and details of the present invention within the scope of the present invention.
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
(付記1)
温度勾配で発生するスピン流を電流に変換する熱電変換素子と、
前記熱電変換素子で発生した電力を受電する対象物と、
前記対象物の周辺部に延在して配置されるバンドとを備えるウェアラブルデバイス。
(付記2)
前記熱電変換素子は、
起電体と、前記起電体に接して配置される磁性体とを積層させた薄膜型熱電変換体である付記1に記載のウェアラブルデバイス。
(付記3)
前記熱電変換素子は、
磁性体微粒子と、前記磁性体微粒子の表面を被覆する起電体とによって構成される熱電変換単位構造の集合体によって構成されるバルク型熱電変換体である付記1に記載のウェアラブルデバイス。
(付記4)
前記熱電変換素子は、
前記対象物の一方の面に配置される付記1乃至3のいずれか一項に記載のウェアラブルデバイス。
(付記5)
前記熱電変換素子は、
前記バンドの一方の面に配置された薄膜型熱電変換体を含む付記1乃至4のいずれか一項に記載のウェアラブルデバイス。
(付記6)
一端が前記対象物に接続され、他端に留具が配置される一対の前記バンドを設け、
前記留具は、
前記一対の前記バンドに配置された前記薄膜型熱電変換体を電気的に接続する付記5に記載のウェアラブルデバイス。
(付記7)
前記熱電変換素子は、
前記バンドの一方の面に配置された薄膜型熱電変換体と、
前記対象物の一方の面に配置され、前記バンドに配置された前記薄膜型熱電変換体と電気的に接続されるバルク型熱電変換体とによって構成される付記1に記載のウェアラブルデバイス。
(付記8)
前記熱電変換素子は、
前記バンドの一方の面に配置される薄膜型熱電変換体と、
前記バンドに配置された前記薄膜型熱電変換体の両端部を電気的に接続する導電部材とによって構成される付記1に記載のウェアラブルデバイス。
(付記9)
前記導電部材は、
前記バンドに配置された前記薄膜型熱電変換体と同じ方向に温度勾配が印加された際に、前記薄膜型熱電変換体とは反対の向きに電流が流れる熱電変換材料を含む付記8に記載のウェアラブルデバイス。
(付記10)
前記熱電変換素子は、
前記バンドの一方の面に配置される複数のバルク型熱電変換体と、
前記バンドに配置された複数の前記バルク型熱電変換体を電気的に接続する導電部材とによって構成される付記1に記載のウェアラブルデバイス。
(付記11)
前記熱電変換素子は、
前記バンドの一方の面に配置される複数のバルク型熱電変換体と、
前記バンドに配置された複数の前記バルク型熱電変換体と電気的に接続される薄膜型熱電変換体とによって構成される付記1に記載のウェアラブルデバイス。
(付記12)
前記熱電変換素子は、
複数の第1熱電変換体と、
前記第1熱電変換体と導電部材によって電気的に接続され、前記第1熱電変換体と同じ温度勾配を印加された際に反対の向きに電流が流れる複数の第2熱電変換体とによって構成され、
前記第1熱電変換体と前記第2熱電変換体とは、それぞれの長手方向が略平行になるように配置される付記1乃至3のいずれか一項に記載のウェアラブルデバイス。
(付記13)
前記熱電変換素子は、
帯状に形成され、前記バンドの周囲に巻きつけられる薄膜型熱電変換体によって構成される付記1に記載のウェアラブルデバイス。
(付記14)
温度勾配で発生するスピン流を電流に変換する複数のバルク型熱電変換体と、
隣接し合う前記バルク型熱電変換体同士を連結するとともに、電気的に接続する複数の連結部材と、
複数の前記バルク型熱電変換体によって構成される熱電変換素子で発生した電力を受電する対象物とを備え、
複数の前記バルク型熱電変換体を前記連結部材によって連結した構造によって形成されるバンドは、前記対象物の周辺部に延在して配置されるウェアラブルデバイス。
(付記15)
温度勾配で発生するスピン流を電流に変換する熱電変換素子と、
前記熱電変換素子からの給電を受ける対象物を搭載する搭載部と、
前記搭載部の周辺部に延在して配置されるバンドとを備えるウェアラブルデバイス。Some or all of the above embodiments may also be described, but not limited to:
(Appendix 1)
A thermoelectric conversion element that converts the spin current generated by the temperature gradient into an electric current,
An object that receives the electric power generated by the thermoelectric conversion element and
A wearable device including a band extending and arranged around the object.
(Appendix 2)
The thermoelectric conversion element is
The wearable device according to
(Appendix 3)
The thermoelectric conversion element is
The wearable device according to
(Appendix 4)
The thermoelectric conversion element is
The wearable device according to any one of
(Appendix 5)
The thermoelectric conversion element is
The wearable device according to any one of
(Appendix 6)
A pair of the bands, one end of which is connected to the object and the other end of which the fastener is placed, are provided.
The fastener is
The wearable device according to
(Appendix 7)
The thermoelectric conversion element is
A thin-film thermoelectric converter arranged on one surface of the band,
The wearable device according to
(Appendix 8)
The thermoelectric conversion element is
A thin-film thermoelectric converter arranged on one surface of the band,
The wearable device according to
(Appendix 9)
The conductive member is
The description in Appendix 8 comprising a thermoelectric conversion material in which a current flows in the direction opposite to that of the thin film thermoelectric converter when a temperature gradient is applied in the same direction as the thin film thermoelectric converter arranged in the band. Wearable device.
(Appendix 10)
The thermoelectric conversion element is
A plurality of bulk thermoelectric converters arranged on one surface of the band,
The wearable device according to
(Appendix 11)
The thermoelectric conversion element is
A plurality of bulk thermoelectric converters arranged on one surface of the band,
The wearable device according to
(Appendix 12)
The thermoelectric conversion element is
With multiple first thermoelectric converters,
It is composed of a plurality of second thermoelectric converters that are electrically connected to the first thermoelectric converter by a conductive member and in which a current flows in the opposite direction when the same temperature gradient as that of the first thermoelectric converter is applied. ,
The wearable device according to any one of
(Appendix 13)
The thermoelectric conversion element is
The wearable device according to
(Appendix 14)
Multiple bulk thermoelectric converters that convert spin currents generated by temperature gradients into currents,
A plurality of connecting members that connect the bulk thermoelectric converters that are adjacent to each other and electrically connect them to each other.
It includes an object that receives electric power generated by a thermoelectric conversion element composed of a plurality of the bulk type thermoelectric converters.
A wearable device in which a band formed by a structure in which a plurality of the bulk thermoelectric converters are connected by the connecting member is arranged so as to extend to a peripheral portion of the object.
(Appendix 15)
A thermoelectric conversion element that converts the spin current generated by the temperature gradient into an electric current,
A mounting unit that mounts an object that receives power from the thermoelectric conversion element,
A wearable device including a band extending and arranged around the mounting portion.
この出願は、2019年1月11日に出願された日本出願特願2019−003515を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。 This application claims priority on the basis of Japanese Application Japanese Patent Application No. 2019-003515 filed on January 11, 2019 and incorporates all of its disclosures herein.
1、2、3、4、5、6、7、8 ウェアラブルデバイス
11、21、31 熱電変換素子
15、25、35、45、55、65、75 対象物
17、27、37、47、57、67、77、87 バンド
34 折り返し電極
33、42、63 導電部材
41、43 熱電変換体
51 熱電変換体
52 連結部材
36 留具
61 第1熱電変換体
62 第2熱電変換体
82 搭載部
83 第1給電端子
84 第2給電端子
111 起電体層
112 磁性体層
200 熱電変換単位構造
210 磁性体微粒子
220 起電体
800 対象物
801 第1受電端子
802 第2受電端子1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
Claims (15)
前記熱電変換素子で発生した電力を受電する対象物と、
前記対象物の周辺部に延在して配置されるバンドとを備えるウェアラブルデバイス。A thermoelectric conversion element that converts the spin current generated by the temperature gradient into an electric current,
An object that receives the electric power generated by the thermoelectric conversion element and
A wearable device including a band extending and arranged around the object.
起電体と、前記起電体に接して配置される磁性体とを積層させた薄膜型熱電変換体である請求項1に記載のウェアラブルデバイス。The thermoelectric conversion element is
The wearable device according to claim 1, which is a thin-film thermoelectric converter in which a electromotive body and a magnetic material arranged in contact with the electromotive body are laminated.
磁性体微粒子と、前記磁性体微粒子の表面を被覆する起電体とによって構成される熱電変換単位構造の集合体によって構成されるバルク型熱電変換体である請求項1に記載のウェアラブルデバイス。The thermoelectric conversion element is
The wearable device according to claim 1, which is a bulk thermoelectric converter composed of an aggregate of a thermoelectric conversion unit structure composed of magnetic fine particles and an electromotive body covering the surface of the magnetic fine particles.
前記対象物の一方の面に配置される請求項1乃至3のいずれか一項に記載のウェアラブルデバイス。The thermoelectric conversion element is
The wearable device according to any one of claims 1 to 3, which is arranged on one surface of the object.
前記バンドの一方の面に配置された薄膜型熱電変換体を含む請求項1乃至4のいずれか一項に記載のウェアラブルデバイス。The thermoelectric conversion element is
The wearable device according to any one of claims 1 to 4, which includes a thin film thermoelectric converter arranged on one surface of the band.
前記留具は、
前記一対の前記バンドに配置された前記薄膜型熱電変換体を電気的に接続する請求項5に記載のウェアラブルデバイス。A pair of the bands, one end of which is connected to the object and the other end of which the fastener is placed, are provided.
The fastener is
The wearable device according to claim 5, wherein the thin-film thermoelectric converters arranged in the pair of bands are electrically connected.
前記バンドの一方の面に配置された薄膜型熱電変換体と、
前記対象物の一方の面に配置され、前記バンドに配置された前記薄膜型熱電変換体と電気的に接続されるバルク型熱電変換体とによって構成される請求項1に記載のウェアラブルデバイス。The thermoelectric conversion element is
A thin-film thermoelectric converter arranged on one surface of the band,
The wearable device according to claim 1, wherein the wearable device is composed of a thin-film thermoelectric converter arranged on one surface of the object and electrically connected to the thin-film thermoelectric converter arranged in the band.
前記バンドの一方の面に配置される薄膜型熱電変換体と、
前記バンドに配置された前記薄膜型熱電変換体の両端部を電気的に接続する導電部材とによって構成される請求項1に記載のウェアラブルデバイス。The thermoelectric conversion element is
A thin-film thermoelectric converter arranged on one surface of the band,
The wearable device according to claim 1, further comprising a conductive member that electrically connects both ends of the thin film thermoelectric converter arranged in the band.
前記バンドに配置された前記薄膜型熱電変換体と同じ方向に温度勾配が印加された際に、前記薄膜型熱電変換体とは反対の向きに電流が流れる熱電変換材料を含む請求項8に記載のウェアラブルデバイス。The conductive member is
8. The eighth aspect of the present invention includes a thermoelectric conversion material in which a current flows in the direction opposite to that of the thin film thermoelectric converter when a temperature gradient is applied in the same direction as the thin film thermoelectric converter arranged in the band. Wearable device.
前記バンドの一方の面に配置される複数のバルク型熱電変換体と、
前記バンドに配置された複数の前記バルク型熱電変換体を電気的に接続する導電部材とによって構成される請求項1に記載のウェアラブルデバイス。The thermoelectric conversion element is
A plurality of bulk thermoelectric converters arranged on one surface of the band,
The wearable device according to claim 1, further comprising a conductive member that electrically connects the plurality of bulk thermoelectric converters arranged in the band.
前記バンドの一方の面に配置される複数のバルク型熱電変換体と、
前記バンドに配置された複数の前記バルク型熱電変換体と電気的に接続される薄膜型熱電変換体とによって構成される請求項1に記載のウェアラブルデバイス。The thermoelectric conversion element is
A plurality of bulk thermoelectric converters arranged on one surface of the band,
The wearable device according to claim 1, wherein the wearable device is composed of a plurality of bulk thermoelectric converters arranged in the band and a thin film thermoelectric converter electrically connected to the bulk thermoelectric converter.
複数の第1熱電変換体と、
前記第1熱電変換体と導電部材によって電気的に接続され、前記第1熱電変換体と同じ温度勾配を印加された際に反対の向きに電流が流れる複数の第2熱電変換体とによって構成され、
前記第1熱電変換体と前記第2熱電変換体とは、それぞれの長手方向が略平行になるように配置される請求項1乃至3のいずれか一項に記載のウェアラブルデバイス。The thermoelectric conversion element is
With multiple first thermoelectric converters,
It is composed of a plurality of second thermoelectric converters that are electrically connected to the first thermoelectric converter by a conductive member and in which a current flows in the opposite direction when the same temperature gradient as that of the first thermoelectric converter is applied. ,
The wearable device according to any one of claims 1 to 3, wherein the first thermoelectric converter and the second thermoelectric converter are arranged so that their longitudinal directions are substantially parallel to each other.
帯状に形成され、前記バンドの周囲に巻きつけられる薄膜型熱電変換体によって構成される請求項1に記載のウェアラブルデバイス。The thermoelectric conversion element is
The wearable device according to claim 1, wherein the wearable device is formed in a band shape and is composed of a thin film thermoelectric converter that is wound around the band.
隣接し合う前記バルク型熱電変換体同士を連結するとともに、電気的に接続する複数の連結部材と、
複数の前記バルク型熱電変換体によって構成される熱電変換素子で発生した電力を受電する対象物とを備え、
複数の前記バルク型熱電変換体を前記連結部材によって連結した構造によって形成されるバンドは、前記対象物の周辺部に延在して配置されるウェアラブルデバイス。Multiple bulk thermoelectric converters that convert spin currents generated by temperature gradients into currents,
A plurality of connecting members that connect the bulk thermoelectric converters that are adjacent to each other and electrically connect them to each other.
It includes an object that receives electric power generated by a thermoelectric conversion element composed of a plurality of the bulk type thermoelectric converters.
A wearable device in which a band formed by a structure in which a plurality of the bulk thermoelectric converters are connected by the connecting member is arranged so as to extend to a peripheral portion of the object.
前記熱電変換素子からの給電を受ける対象物を搭載する搭載部と、
前記搭載部の周辺部に延在して配置されるバンドとを備えるウェアラブルデバイス。A thermoelectric conversion element that converts the spin current generated by the temperature gradient into an electric current,
A mounting unit that mounts an object that receives power from the thermoelectric conversion element,
A wearable device including a band extending and arranged around the mounting portion.
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