WO2014017414A1 - 発電素子 - Google Patents

発電素子 Download PDF

Info

Publication number
WO2014017414A1
WO2014017414A1 PCT/JP2013/069735 JP2013069735W WO2014017414A1 WO 2014017414 A1 WO2014017414 A1 WO 2014017414A1 JP 2013069735 W JP2013069735 W JP 2013069735W WO 2014017414 A1 WO2014017414 A1 WO 2014017414A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
magnetic
rod
magnetostrictive
magnetostrictive rod
male screw
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/069735
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
憲一 古河
貴之 沼宮内
Original Assignee
ミツミ電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ミツミ電機株式会社 filed Critical ミツミ電機株式会社
Priority to US14/410,491 priority Critical patent/US9525122B2/en
Priority to DE112013003634.7T priority patent/DE112013003634B4/de
Priority to CN201380035042.2A priority patent/CN104412503B/zh
Publication of WO2014017414A1 publication Critical patent/WO2014017414A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
    • H02N2/186—Vibration harvesters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N35/00—Magnetostrictive devices
    • H10N35/101—Magnetostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. generators, sensors

Definitions

  • the present invention relates to a power generation element.
  • the power generation unit (power generation element) described in Patent Document 1 includes, for example, a rod-shaped super magnetostrictive member (magnetostrictive rod), two permanent magnets attached to both ends of the super magnetostrictive member, and the super magnetostrictive member. And a wound coil. Then, the permeability of the giant magnetostrictive member is changed by compressively deforming the giant magnetostrictive member in its axial direction or bending it in a direction perpendicular to the axial direction (compression deformation and extension deformation). As a result, the magnetic field around the giant magnetostrictive member is changed to generate a voltage in the coil.
  • the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a power generation element that can efficiently generate power by securely fixing a magnetostrictive rod to another constituent member.
  • a magnetostrictive rod made of a magnetostrictive material and passing magnetic lines of force in the axial direction;
  • a magnetic rod made of a magnetic material, which is provided together with the magnetostrictive rod;
  • a first coupling mechanism that couples one end of the magnetostrictive rod and one end of the magnetic rod;
  • a second connecting mechanism for connecting the other end of the magnetostrictive rod and the other end of the magnetic rod;
  • a coil that is arranged so that the lines of magnetic force pass in the axial direction and generates a voltage based on a change in density of the lines of magnetic force caused by expansion and contraction of the magnetostrictive rod;
  • At least one of the one end part and the other end part of the magnetostrictive rod is constituted by a male screw part.
  • (6) a magnet that is provided in contact with the one end of the magnetostrictive rod and generates the lines of magnetic force;
  • the power generating element according to any one of (1) to (5), wherein the magnet and the one end portion of the magnetic rod are connected to each other, and the connecting portion is made of a magnetic material.
  • connection portion is formed integrally with the magnetic rod.
  • the one end portion of the magnetostrictive rod is constituted by the male screw portion
  • the first coupling mechanism includes a first block body formed with a female screw portion that is screwed with the male screw portion, and a fixing structure that fixes the one end portion of the magnetic rod to the first block body.
  • a power generating element according to any one of (1) to (7).
  • the fixing structure includes a screw that fixes the one end of the magnetic rod to the first block body, and a screw hole that is formed in the first block body and is screwed into the screw.
  • the one end portion of the magnetic rod is also composed of a male screw portion
  • the fixing structure includes the male threaded portion of the magnetic rod and the second female threaded portion formed on the first block body that is screwed with the male threaded portion (8).
  • the other end portion of the magnetostrictive rod is constituted by the male screw portion
  • the second coupling mechanism is provided on the other end portion side of the magnetic rod, and is inserted into the through hole and a flat plate portion made of a magnetic material having a through hole through which the male screw portion can be inserted.
  • the power generation element according to any one of (1) to (10), further including a second block body formed with a female screw portion that is screwed into the male screw portion.
  • the other end portion of the magnetic rod is also constituted by a male screw portion
  • the flat plate portion includes a second through hole into which the male screw portion of the magnetic rod can be inserted
  • the power generating element according to (11) further including a third block body in which a female screw portion that is screwed with the male screw portion of the magnetic rod inserted through the second through hole is formed.
  • the magnetostrictive rod can be securely fixed to other components, the magnetostrictive rod can be efficiently expanded and contracted, and as a result, the power generation efficiency can be improved.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of the power generating element of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the power generation element shown in FIG. 3 is a longitudinal sectional view (a sectional view taken along line AA in FIG. 1) of the power generating element shown in FIG.
  • FIG. 4 is an enlarged view showing a tip side portion of the second embodiment of the power generating element of the present invention.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view showing a third embodiment of the power generating element of the present invention. 6 is a longitudinal sectional view of the power generation element shown in FIG.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of the power generating element of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the power generating element shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the power generating element shown in FIG. 1 is a sectional view taken along line AA in FIG.
  • FIGS. 1 to 3 the upper side in FIGS. 1 to 3 is referred to as “upper” or “upper”, and the lower side is referred to as “lower” or “lower”.
  • the right side in FIGS. 1 to 3 is referred to as a “tip”, and the left side is referred to as a “base end”.
  • the power generating element 1 shown in FIGS. 1 and 2 includes a magnetostrictive rod 2 that passes magnetic lines of force in the axial direction, a magnetic rod 3 provided alongside the magnetostrictive rod 2, a coil 5 provided on the outer peripheral side of the magnetostrictive rod 2, A first connecting mechanism 6 that connects the base end (one end) of the magnetostrictive rod 2 and the base end (one end) of the magnetic rod 3, the tip (other end) of the magnetostrictive rod 2, and the magnetic rod 3. A second coupling mechanism 7 that couples the leading end portion (the other end portion) and a magnetic field application mechanism 8 that applies a bias magnetic field to the magnetostrictive rod 2.
  • the distal end (the other end) is displaced relative to the base end (one end) of the magnetostrictive rod 2 in a direction substantially perpendicular to the axial direction, that is, as shown in FIG.
  • the magnetostrictive rod 2 is expanded and contracted by moving in the direction.
  • the magnetic permeability of the magnetostrictive rod 2 changes due to the inverse magnetostrictive effect, and the density of the magnetic lines passing through the magnetostrictive rod 2 (the density of the magnetic lines passing through the inner cavity of the coil 5) changes, whereby a voltage is applied to the coil 5.
  • the magnetostrictive rod 2 is made of a magnetostrictive material, and is arranged with the direction in which magnetization is likely to occur (direction of easy magnetization) as the axial direction.
  • the magnetostrictive rod 2 has a long cylindrical shape, and passes lines of magnetic force in the axial direction thereof.
  • the magnetostrictive rod 2 includes a main body portion 21, a proximal-side male screw portion (one end portion) 22 provided at the proximal end of the main body portion 21, and a distal-side male screw portion (others) provided at the distal end of the main body portion 21. End) 23.
  • the magnetostrictive rod 2 is connected to the first connecting mechanism 6 at the proximal end side male screw portion 22 and is connected to the second connecting mechanism 7 at the distal end side male screw portion 23.
  • the effective cross-sectional area (effective diameter) of the base end side male screw part 22 is set larger than the cross-sectional area (diameter) of the main body part 21. Thereby, when expanding and contracting the magnetostrictive rod 2, it is possible to increase the bonding strength between the base end side male screw portion 22 to which a particularly large load is applied and the first block body 61 of the first coupling mechanism 6.
  • the effective cross-sectional area (effective diameter) of the distal-end-side male screw part 23 is set substantially equal to the cross-sectional area (diameter) of the main body part 21.
  • the magnetostrictive rod 2 is provided at the base end portion of the main body 21 (the portion on the tip end side from the base end side male screw portion 22) along the circumferential direction and continuously to the base end side male screw portion 22.
  • An annular flange portion 24 is provided.
  • the front end surface of the flange portion 24 forms an inclined surface that is inclined with respect to the axial direction of the magnetostrictive rod 2.
  • the magnetostrictive rod 2 is provided with an annular flange portion 25 provided along the circumferential direction at the distal end portion of the main body portion 21 (portion on the proximal end side from the distal end-side male screw portion 23).
  • the distal end surface of the flange portion 25 constitutes a plane that is substantially perpendicular to the axial direction of the magnetostrictive rod 2, and the proximal end surface constitutes an inclined surface that is inclined with respect to the axial direction of the magnetostrictive rod 2.
  • the average cross-sectional area of the main body 21 is preferably about 0.2 to 10.0 mm 2 , and more preferably about 0.7 to 7.0 mm 2 . Further, the length of the main body 21 is preferably about 5 to 40 mm, more preferably about 10 to 30 mm.
  • the effective cross-sectional area of the base end side male screw part 22 is preferably 1.5 times or more, more preferably about 2.0 times the average cross-sectional area of the main body part 21.
  • the length of the base end side male screw portion 22 is preferably 0.5 times or more of the average cross-sectional area of the main body portion 21 and more preferably about twice. Thereby, the joint strength of the base end side external thread part 22 and the 1st block body 61 can be raised more.
  • the effective cross-sectional area of the front end-side male screw part 23 is preferably 1.0 times or more, more preferably about 1.5 times the average cross-sectional area of the main body part 21. Further, the length of the distal male screw portion 23 is preferably 0.5 times or more, more preferably about twice the average cross-sectional area of the main body portion 21. Thereby, the joining strength of the front end side male screw part 23 and the 2nd block body 72 can be raised more.
  • the maximum cross-sectional area of the flange portion 25 is preferably 1.5 times or more, more preferably about twice the effective cross-sectional area of the front end side male screw portion 23.
  • the Young's modulus of the magnetostrictive material is preferably about 40 to 100 GPa, more preferably about 50 to 90 GPa, and further preferably about 60 to 80 GPa.
  • the magnetostrictive rod 2 can be expanded and contracted more greatly. For this reason, since the magnetic permeability of the magnetostrictive rod 2 can be changed more greatly, the power generation efficiency of the power generation element 1 (coil 5) can be further improved.
  • Such a magnetostrictive material is not particularly limited, and examples thereof include an iron-gallium alloy, an iron-cobalt alloy, an iron-nickel alloy, and the like, and one or more of these can be used in combination. .
  • a magnetostrictive material mainly composed of an iron-gallium alloy (Young's modulus: about 70 GPa) is preferably used.
  • a magnetostrictive material mainly composed of an iron-gallium alloy (in particular, an iron-gallium alloy containing gallium in an amount of 15 to 20 wt%) is easily set within the range of Young's modulus as described above.
  • such a magnetostrictive material has appropriate ductility, and the base end side male screw portion 22 and the front end side male screw portion 23 are easily formed by, for example, cutting, wire electric discharge processing, laser processing, or the like. For this reason, the processing cost of the magnetostrictive rod 2 can be reduced.
  • the magnetostrictive material as described above preferably contains at least one of rare earth metals such as Y, Pr, Sm, Tb, Dy, Ho, Er, and Tm. Thereby, the change of the magnetic permeability of the magnetostriction stick
  • rod 2 can be enlarged more.
  • a magnetic rod 3 is provided along with the magnetostrictive rod 2.
  • the magnetic rod 3 is made of a magnetic material, and the lines of magnetic force that have passed through the magnetostrictive rod 2 pass in the axial direction.
  • the magnetic rod 3 has a long flat plate shape having a substantially constant thickness.
  • the magnetic bar 3 includes a main body 31 and a widened portion (other end) 39 that is provided at the base end of the main body 31 and is wider than the main body 31.
  • the magnetic bar 3 is coupled to the first coupling mechanism 6 at the widened portion 39 and coupled to the second coupling mechanism 7 at the tip.
  • the widened portion 39 is formed with two through holes 391 and 392 that penetrate in the thickness direction. Screws 62 and 63 of the first coupling mechanism 6 to be described later are inserted into the through holes 391 and 392.
  • the average thickness of the magnetic bar 3 is preferably about 0.5 to 3.0 mm, more preferably about 0.8 to 2.0 mm, although it depends on the constituent material of the magnetic bar 3.
  • the Young's modulus of the magnetic material constituting the magnetic rod 3 and the Young's modulus of the magnetostrictive material constituting the magnetostrictive rod 2 may be different, but are preferably substantially equal. As a result, the magnetostrictive rod 2 can be smoothly and reliably displaced in the vertical direction as shown in FIG. Specifically, the Young's modulus of the magnetic material is preferably about 40 to 100 GPa, more preferably about 50 to 90 GPa, and further preferably about 60 to 80 GPa.
  • the magnetic material is not particularly limited.
  • pure iron for example, JIS SUY
  • soft iron for example, carbon steel
  • electromagnetic steel silicon steel
  • high-speed tool steel for example, structural steel (for example, JIS SS400), stainless steel marma Roy etc.
  • structural steel for example, JIS SS400
  • the coil 5 is disposed on the outer periphery of the main body 21 of the magnetostrictive rod 2 so as to surround the main body 21.
  • the coil 5 is configured by winding a wire around the outer periphery of the main body 21. Thereby, the coil 5 is arrange
  • a voltage is generated in the coil 5 based on a change in the magnetic permeability of the magnetostrictive rod 2, that is, a change in the density of magnetic lines of force (magnetic flux density) passing through the magnetostrictive rod 2.
  • the constituent material of the wire is not particularly limited, and examples thereof include a wire in which a copper base line is coated with an insulating film, a wire in which a copper base line is coated with an insulating film with a fusion function, and the like. These can be used alone or in combination of two or more.
  • the number of windings of the wire is appropriately set according to the cross-sectional area of the wire and is not particularly limited, but is preferably about 100 to 500, and more preferably about 150 to 450.
  • the cross-sectional area of the wire is preferably from 5 ⁇ 10 -4 ⁇ 0.126mm 2 mm, and more preferably 2 ⁇ 10 -3 ⁇ 0.03mm 2 approximately.
  • the cross-sectional shape of the wire may be any shape such as a polygon such as a triangle, a square, a rectangle, and a hexagon, a circle, and an ellipse.
  • the base end side male screw portion 22 of the magnetostrictive rod 2 and the widened portion 39 of the magnetic rod 3 are connected by the first connecting mechanism 6.
  • First connecting mechanism 6 functions as a fixing
  • the power generating element 1 is cantilevered with the base end as a fixed end and the front end as a movable end.
  • the first coupling mechanism 6 includes a rectangular parallelepiped first block body 61 and screws 62 and 63.
  • the first block body 61 is formed with a female screw portion 611 that opens to the front end surface, a magnet storage portion 612 that opens to the base end surface, and two screw holes 613 and 614 that open to the top surface.
  • the base end side male screw portion 22 of the magnetostrictive rod 2 is screwed into the female screw portion 611, and screws 62 and 63 are screwed into the screw holes 613 and 614.
  • the magnet storage unit 612 stores a permanent magnet 81 described later.
  • the female screw part 611 and the magnet storage part 612 are formed concentrically (coaxially) along the axial direction of the first block body 61.
  • the female screw portion 611 and the magnet storage portion 612 communicate with each other. With this configuration, the distal end surface of the permanent magnet 81 accommodated in the magnet accommodating portion 612 can be brought into contact with the proximal end surface of the proximal end side male screw portion 22 screwed into the female screw portion 611.
  • the screws 62 and 63 are inserted into the through holes 391 and 392 formed in the widened portion 39 of the magnetic bar 3 and screwed into the screw holes 613 and 614.
  • the magnetic bar 3 is fixed to the first block body 61. That is, in this embodiment, the fixing structure for fixing the widened portion (one end portion) 39 of the magnetic bar 3 to the first block body 61 is configured by the screws 62 and 63 and the screw holes 613 and 614.
  • the screw holes 613 and 614 are formed so as to pass through in the thickness direction of the first block body 61 and the total length of the screws 62 and 63 is designed to be long so that the screws 62 and 63 protrude from the power generation element 1. This portion can be used to fix the power generating element 1 to a housing or the like.
  • the first block body 61 can be made of a nonmagnetic material.
  • nonmagnetic materials include, but are not limited to, metal materials, semiconductor materials, ceramic materials, resin materials, and the like, and these can be used alone or in combination.
  • a resin material it is preferable to add a filler in a resin material.
  • nonmagnetic material whose main component is a metal material
  • a nonmagnetic material whose main component is at least one of aluminum, magnesium, zinc, copper and alloys containing these. More preferred.
  • the second coupling mechanism 7 is a part that applies an external force or vibration to the magnetostrictive rod 2.
  • the magnetostrictive rod 2 has its base end as a fixed end and the tip reciprocates in the vertical direction. (The distal end is displaced relative to the proximal end).
  • the second coupling mechanism 7 is provided continuously with the tip of the magnetic bar 3 and a flat plate portion 71 formed with a through hole 711 through which the tip side male screw portion 23 of the magnetostrictive rod 2 can be inserted.
  • the second block body 72 is formed with a female screw portion 721 that is screwed into the front-end-side male screw portion 23 inserted through the through hole 711.
  • the flat plate portion 71 is disposed so as to be substantially perpendicular to the axial direction of the magnetic bar 3 and is formed integrally with the magnetic bar 3.
  • the through hole 711 is formed so as to penetrate in the thickness direction of the flat plate portion 71. Therefore, the axial direction of the through hole 711 and the axial direction of the magnetostrictive rod 2 are substantially parallel.
  • the second block body 72 has a cylindrical shape, and the female screw portion 721 is formed along the axial direction of the second block body 72 and is open to the base end surface thereof.
  • the distal-side male threaded portion 23 is always subjected to a tensile stress, the magnetic permeability increases due to the inverse magnetostrictive effect of the magnetostrictive material, and the magnetic lines of force can pass more efficiently.
  • the flat plate portion 71 is formed integrally with the magnetic rod 3 using a magnetic material, and in this embodiment, the magnetic lines of force that have passed through the magnetostrictive rod 2 pass through the flat plate portion 71 as shown in FIG. It is configured to face the magnetic bar 3.
  • the second block 72 may be made of a magnetic material, but can also be made of a non-magnetic material as described above.
  • a magnetic field applying mechanism 8 for applying a bias magnetic field to the magnetostrictive rod 2 is provided on the proximal end side of the magnetostrictive rod 2.
  • Magnetic field application mechanism 8 As shown in FIGS. 2 and 3, the magnetic field application mechanism 8 is provided continuously with the permanent magnet 81 and the proximal end of the magnetic rod 3, and holds the permanent magnet 81 between the proximal end surface of the magnetostrictive rod 2.
  • the connection part 82 is comprised.
  • the permanent magnet 81 has a disk shape (a relatively thin cylindrical shape).
  • the connecting portion 82 has a flat plate shape and is integrally formed with the magnetic rod 3 so as to be substantially perpendicular to the axial direction of the magnetic rod 3.
  • the permanent magnet 81 and the widened portion 39 of the magnetic bar 3 are connected via the connecting portion 82. Further, as shown in FIG. 3, the permanent magnet 81 is arranged with the N pole on the magnetostrictive rod 2 side and the S pole on the connecting portion 82 side. A magnetic field loop is formed.
  • the permanent magnet 81 for example, an alnico magnet, a ferrite magnet, a neodymium magnet, a samarium cobalt magnet, or a magnet (bond magnet) formed by molding a composite material obtained by pulverizing them and kneading them into a resin material or a rubber material is used. be able to. Further, the connecting portion 82 is formed integrally with the magnetic rod 3 using a magnetic material.
  • the magnetic permeability of the magnetostrictive rod 2 changes due to the inverse magnetostrictive effect, and the density of magnetic lines of force passing through the magnetostrictive bar 2 (density of magnetic lines of force penetrating through the lumen of the coil 5 in the axial direction) changes. As a result, a voltage is generated in the coil 5.
  • the magnetostrictive rod 2 is connected to the first block body 61 and the second block body 72 by screwing. For this reason, even when the magnetostrictive rod 2 expands and contracts, a high bonding force is maintained between them, and the power generation element 1 can generate power more efficiently.
  • the depth at which the distal-side male screw portion 23 is screwed into the female screw portion 721 of the second block body 72 can be adjusted.
  • the distal-side male threaded portion 23 can always be extended, so that the magnetic permeability at the distal-side male threaded portion 23 is improved.
  • the magnetic lines of force can be smoothly passed from the magnetostrictive rod 2 toward the magnetic rod 3. Therefore, the power generation efficiency of the power generation element 1 can be increased.
  • the permanent magnet 81 can be disposed in contact with the magnetostrictive rod 2 and coaxially with the magnetostrictive rod 2. For this reason, the utilization efficiency by the power generation element 1 of the magnetic force line which the permanent magnet 81 generates can be improved. From this point of view, the power generation efficiency of the power generation element 1 can be increased.
  • the power generation amount of the power generation element 1 is not particularly limited, but is preferably about 100 to 1400 ⁇ J. If the power generation amount (power generation capability) of the power generation element 1 is within the above range, for example, by combining with a wireless device, it can be effectively used for a home lighting wireless switch, a home security system, and the like described later.
  • FIG. 4 is an enlarged view showing a tip side portion of the second embodiment of the power generating element of the present invention.
  • the upper side in FIG. 4 is referred to as “upper” or “upper”, and the lower side is referred to as “lower” or “lower”.
  • the right side in FIG. 4 is referred to as “tip”, and the left side is referred to as “base end”.
  • the power generation element of the second embodiment will be described focusing on the differences from the power generation element of the first embodiment, and description of similar matters will be omitted.
  • the power generation element 1 of the second embodiment is the same as the power generation element 1 of the first embodiment except that the configuration of the protrusions provided along the circumferential direction of the magnetostrictive rod 2 is different. That is, in the power generating element 1 shown in FIG. 4, the protruding portion is configured by the nut 26 instead of the flange portion 25.
  • a screw thread is formed on one of the inner peripheral surface of the nut 26 and the outer peripheral surface of the magnetostrictive rod 2, and a thread groove that is screwed into the screw thread is formed on the other.
  • the nut 26 can move along the axial direction of the magnetostrictive rod 2 and can rotate about the axis of the magnetostrictive rod 2.
  • the nut 26 by moving the nut 26 in the axial direction of the magnetostrictive rod 2, it is possible to adjust the degree of extension of the distal male screw portion 23 of the magnetostrictive rod 2.
  • the structure of the magnetostrictive rod 2 can be simplified as compared with the magnetostrictive rod 2 of the first embodiment. The amount used can be reduced, and the production cost of the magnetostrictive rod 2 (the production cost of the power generating element 1) can be reduced.
  • the power generation element 1 according to the second embodiment produces the same operations and effects as the power generation element 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view showing a third embodiment of the power generation element of the present invention
  • FIG. 6 is a longitudinal sectional view of the power generation element shown in FIG.
  • FIGS. 5 and 6 the upper side in FIGS. 5 and 6 is referred to as “upper” or “upper”, and the lower side is referred to as “lower” or “lower”. Further, the right side in FIGS. 5 and 6 is referred to as “tip”, and the left side is referred to as “base end”.
  • the power generating element of the third embodiment will be described focusing on the differences from the power generating elements of the first and second embodiments, and the description of the same matters will be omitted.
  • the power generation element 1 of the third embodiment is the same as the power generation element 1 of the first embodiment except that the following points are different.
  • the base end side male screw portion 22 and the distal end side male screw portion 23, the flange portion 24 and the flange portion 25 have the same configuration, and further, the entire configuration of the magnetostrictive rod 2
  • the overall configuration of the magnetic bar 3 is the same. That is, the magnetic bar 3 has a long cylindrical shape, and is provided at the main body 31, a proximal-side male screw portion (one end) 32 provided at the proximal end of the main body 31, and the distal end of the main body 31.
  • the distal end side male screw portion (other end portion) 33 and annular flange portions 34 and 35 provided along the circumferential direction of the proximal end portion and the distal end portion of the main body portion 31 are provided.
  • the first block body 61 of the first coupling mechanism 6 has a female screw portion to which the proximal end side male screw portion 22 of the magnetostrictive rod 2 and the proximal end side male screw portion 32 of the magnetic rod 3 can be respectively screwed. 611 and a second female screw portion 615 are formed penetrating in the axial direction of the first block body 61 (from the distal end surface to the proximal end surface). That is, in the present embodiment, one end of the magnetic bar 3 is changed to the first block body 61 by the proximal male screw portion 32 of the magnetic rod 3 and the second female screw portion 615 of the first block body 61.
  • a fixing structure for fixing is configured.
  • the flat plate portion 71 of the second coupling mechanism 7 is separate from the magnetic rod 3, and the distal male screw portion 33 of the magnetic rod 3 can be inserted into the flat plate portion 71 in addition to the through hole 711.
  • a second through hole 712 is formed.
  • the power generating element 1 of the present embodiment is a female screwed into the distal-side male screw portion 33 of the magnetic rod 3 inserted into the second through hole 712 of the flat plate portion 71, separately from the second block body 72.
  • a cylindrical third block body 73 having a screw portion 731 formed thereon.
  • the third block body 73 is fixed to the second block body 72 via an adhesive layer 74 composed of, for example, an adhesive or the like in a state where the power generating element 1 is assembled.
  • the connecting portion 82 of the magnetic field applying mechanism 8 is separated from the magnetic rod 3 and has a stepped shape such as a flat plate bent.
  • the connection portion 82 is made of a magnetic material, and is disposed so as to connect the permanent magnet 81 and the proximal end side male screw portion (one end portion) 32 of the magnetic rod 3.
  • the connecting portion 82 is preferably fixed to the first block body 61 together with the permanent magnet 81, for example, by bonding with an adhesive or the like.
  • the power generation element 1 according to the third embodiment produces the same operations and effects as those of the power generation element 1 according to the first and second embodiments.
  • the bonding strength between the magnetostrictive rod 2 and the first block body 61 and the second block body 72, the magnetic rod 3, the first block body 61 and the third block body 73, The bonding strength can be made equal. This contributes to improvement and stabilization of the strength of the power generation element 1 as a whole.
  • the coil 5 may be provided on the outer peripheral side of the magnetic rod 3 in place of the outer peripheral side of the magnetostrictive rod 2, or may be provided on both the outer peripheral side of the magnetostrictive rod 2 and the outer peripheral side of the magnetic rod 3. . Moreover, you may make it comprise the magnetic rod 3 using a magnetostriction material.
  • the power generation element as described above includes a transmitter power source, a sensor network power source, a home lighting wireless switch, a system for monitoring the state of each part of the vehicle (for example, a tire pressure sensor, a seat belt wearing detection sensor), and a home security system. (In particular, it can be used for a system that notifies operation detection of windows and doors wirelessly).
  • the power generation element of the present invention may be configured to generate power using an external magnetic field (external magnetic field) without a permanent magnet.
  • the magnetostrictive rod and the magnetic rod both have a circular cross-sectional shape, for example, an elliptical shape, a triangular shape, a rectangular shape, a square shape, a hexagonal shape, etc. It may be a polygonal shape.
  • the coil may be composed of a bobbin and a wire wound around the bobbin.
  • the magnetostrictive rod can be securely fixed to other components, the magnetostrictive rod can be efficiently expanded and contracted, and as a result, the power generation efficiency of the power generation element can be improved. Therefore, the present invention has industrial applicability.

Abstract

　発電素子は、磁歪材料で構成され、軸方向に磁力線を通過させる磁歪棒と、磁歪棒と併設され、磁性材料で構成された磁性棒と、磁歪棒の一端部と磁性棒の一端部とを連結する第１の連結機構と、磁歪棒の他端部と磁性棒の他端部とを連結する第２の連結機構と、磁力線が軸方向に通過するように配置され、磁歪棒の伸縮により生じる磁力線の密度の変化に基づいて電圧が発生するコイルとを有し、磁歪棒の両端部が雄ネジ部で構成されている。

Description

発電素子
　本発明は、発電素子に関する。
　近年、磁歪材料で構成された磁歪棒の透磁率の変化を利用して発電する発電素子が検討されている（例えば、特許文献１参照）。
　特許文献１に記載の発電部（発電素子）は、例えば、棒状の超磁歪部材（磁歪棒）と、この超磁歪部材の両端に貼り付けられた２つの永久磁石と、超磁歪部材の周りに巻かれたコイルとを備えている。そして、超磁歪部材を、その軸方向へ圧縮変形させたり、その軸方向と垂直な方向に曲げ変形（圧縮変形および伸長変形）させることにより、超磁歪部材の透磁率を変化させる。これにより、超磁歪部材周りの磁界を変化させ、コイルに電圧を発生させる。
　かかる構成の発電部では、超磁歪部材を圧縮および伸長して発電を行うので、特に、超磁歪部材を伸長する際に、超磁歪部材と永久磁石との間、すなわち、超磁歪部材と他の部材との間に高い接合力が必要となる。しかしながら、特許文献１に記載の発電部では、各部材間の接合力が十分であるとは言い難い。
特開平９－９００６５号公報
　本発明は、上記従来の問題点を鑑みたものであり、その目的は、磁歪棒を他の構成部材に確実に固定して、効率よく発電を行い得る発電素子を提供することにある。
　このような目的は以下の（１）～（１３）の本発明により達成される。
　（１）　磁歪材料で構成され、軸方向に磁力線を通過させる磁歪棒と、
　該磁歪棒と併設され、磁性材料で構成された磁性棒と、
　前記磁歪棒の一端部と前記磁性棒の一端部とを連結する第１の連結機構と、
　前記磁歪棒の他端部と前記磁性棒の他端部とを連結する第２の連結機構と、
　前記磁力線が軸方向に通過するように配置され、前記磁歪棒の伸縮により生じる前記磁力線の密度の変化に基づいて電圧が発生するコイルとを有し、
　前記磁歪棒の前記一端部および前記他端部の少なくとも一方が、雄ネジ部で構成されていることを特徴とする発電素子。
　（２）　前記雄ネジ部の有効横断面積は、前記磁歪棒の前記一端部および前記他端部以外の部分の横断面積より大きい上記（１）に記載の発電素子。
　（３）　前記磁歪棒は、前記一端部および前記他端部以外の部分に、その周方向に沿って設けられた突出部を備える上記（１）または（２）に記載の発電素子。
　（４）　前記突出部は、前記磁歪棒の軸方向に沿って移動可能、かつ、前記磁歪棒の軸回りに回転可能に設けられている上記（３）に記載の発電素子。
　（５）　前記コイルは、前記磁歪棒の前記一端部および前記他端部以外の部分の外周側に、当該部分を囲むように配置されている上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の発電素子。
　（６）　前記磁歪棒の前記一端部に接触して設けられ、前記磁力線を発生する磁石と、
　該磁石と、前記磁性棒の前記一端部とを接続し、磁性材料で構成された接続部とを有する上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の発電素子。
　（７）　前記接続部は、前記磁性棒と一体的に形成されている上記（６）に記載の発電素子。
　（８）　前記磁歪棒の前記一端部が、前記雄ネジ部で構成され、
　前記第１の連結機構は、前記雄ネジ部と螺合する雌ネジ部が形成された第１のブロック体と、前記磁性棒の前記一端部を前記第１のブロック体に固定する固定構造とを備える上記（１）ないし（７）のいずれかに記載の発電素子。
　（９）　前記固定構造は、前記磁性棒の前記一端部を前記第１のブロック体に固定するネジと、前記第１のブロック体に形成され、前記ネジと螺合するネジ穴とで構成されている上記（８）に記載の発電素子。
　（１０）　前記磁性棒の前記一端部も、雄ネジ部で構成され、
　前記固定構造は、前記磁性棒の前記雄ネジ部と、該雄ネジ部と螺合する前記第１のブロック体に形成された前記第２の雌ネジ部とで構成されている上記（８）に記載の発電素子。
　（１１）　前記磁歪棒の前記他端部が、前記雄ネジ部で構成され、
　前記第２の連結機構は、前記磁性棒の前記他端部側に設けられ、前記雄ネジ部を挿通可能な貫通孔を備える磁性材料で構成された平板部と、前記貫通孔に挿通された前記雄ネジ部と螺合する雌ネジ部が形成された第２のブロック体とを備える上記（１）ないし（１０）のいずれかに記載の発電素子。
　（１２）　前記平板部は、前記磁性棒と一体的に形成されている上記（１１）に記載の発電素子。
　（１３）　前記磁性棒の前記他端部も、雄ネジ部で構成され、
　前記平板部は、前記磁性棒の前記雄ネジ部を挿通可能な第２の貫通孔を備え、
　さらに、前記第２の貫通孔に挿通された前記磁性棒の前記雄ネジ部と螺合する雌ネジ部が形成された第３のブロック体を有する上記（１１）に記載の発電素子。
　本発明によれば、磁歪棒を他の構成部材に確実に固定することができるので、磁歪棒の伸縮を効率よく行うことができ、その結果、発電効率を向上することができる。
図１は、本発明の発電素子の第１実施形態を示す斜視図である。 図２は、図１に示す発電素子の分解斜視図である。 図３は、図１に示す発電素子の縦断面図（図１中のＡ－Ａ線断面図）である。 図４は、本発明の発電素子の第２実施形態の先端側の部分を示す拡大図である。 図５は、本発明の発電素子の第３実施形態を示す分解斜視図である。 図６は、図５に示す発電素子の縦断面図である。
　以下、本発明の発電素子を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて説明する。
　＜第１実施形態＞
　まず、本発明の発電素子の第１実施形態について説明する。
　図１は、本発明の発電素子の第１実施形態を示す斜視図、図２は、図１に示す発電素子の分解斜視図、図３は、図１に示す発電素子の縦断面図（図１中のＡ－Ａ線断面図）である。
　なお、以下の説明では、図１～図３中の上側を「上」または「上方」と言い、下側を「下」または「下方」と言う。また、図１～図３中の右側を「先端」と言い、左側を「基端」と言う。
　図１および図２に示す発電素子１は、軸方向に磁力線を通過させる磁歪棒２と、磁歪棒２に併設された磁性棒３と、磁歪棒２の外周側に設けられたコイル５と、磁歪棒２の基端部（一端部）と磁性棒３の基端部（一端部）とを連結する第１の連結機構６と、磁歪棒２の先端部（他端部）と磁性棒３の先端部（他端部）とを連結する第２の連結機構７と、磁歪棒２にバイアス磁界を印加する磁界印加機構８とを有している。
　かかる発電素子１では、磁歪棒２の基端（一端）に対して先端（他端）を、その軸方向とほぼ垂直な方向に相対的に変位させて、すなわち、図３に示すように上下方向に移動させて、磁歪棒２を伸縮させる。このとき、逆磁歪効果により磁歪棒２の透磁率が変化し、磁歪棒２を通過する磁力線の密度（コイル５の内腔部を貫く磁力線の密度）が変化することにより、コイル５に電圧が発生する。
　以下、各部の構成について説明する。
　＜＜磁歪棒２＞＞
　磁歪棒２は、磁歪材料で構成され、磁化が生じ易い方向（磁化容易方向）を軸方向として配置されている。本実施形態では、磁歪棒２は、長尺の円柱状をなしており、その軸方向に磁力線を通過させる。
　この磁歪棒２は、本体部２１と、本体部２１の基端に設けられた基端側雄ネジ部（一端部）２２と、本体部２１の先端に設けられた先端側雄ネジ部（他端部）２３とを備えている。磁歪棒２は、基端側雄ネジ部２２において第１の連結機構６に連結され、先端側雄ネジ部２３において第２の連結機構７に連結されている。
　基端側雄ネジ部２２の有効横断面積（有効径）は、本体部２１の横断面積（直径）より大きく設定されている。これにより、磁歪棒２を伸縮させる際に、特に大きい負荷がかかる基端側雄ネジ部２２と第１の連結機構６の第１のブロック体６１との接合強度を高めることができる。一方、先端側雄ネジ部２３の有効横断面積（有効径）は、本体部２１の横断面積（直径）とほぼ等しく設定されている。
　また、磁歪棒２は、本体部２１の基端部（基端側雄ネジ部２２より先端側の部分）に、その周方向に沿ってかつ基端側雄ネジ部２２に連続して設けられた環状のフランジ部２４を備えている。このフランジ部２４の先端面は、磁歪棒２の軸方向に対して傾斜する傾斜面を構成する。一方、磁歪棒２は、本体部２１の先端部（先端側雄ネジ部２３より基端側の部分）に、その周方向に沿って設けられた環状のフランジ部２５を備えている。このフランジ部２５の先端面は、磁歪棒２の軸方向に対してほぼ垂直をなす平面を構成し、基端面は、磁歪棒２の軸方向に対して傾斜する傾斜面を構成する。
　本体部２１の平均横断面積は、０．２～１０．０ｍｍ２程度であるのが好ましく、０．７～７．０ｍｍ２程度であるのがより好ましい。また、本体部２１の長さは、５～４０ｍｍ程度であるのが好ましく、１０～３０ｍｍ程度であるのがより好ましい。
　また、基端側雄ネジ部２２の有効横断面積は、本体部２１の平均横断面積の１．５倍以上であるのが好ましく、２．０倍程度であるのがより好ましい。また、基端側雄ネジ部２２の長さは、本体部２１の平均横断面積の０．５倍以上であるのが好ましく、２倍程度であるのがより好ましい。これにより、基端側雄ネジ部２２と第１のブロック体６１との接合強度をより高めることができる。
　一方、先端側雄ネジ部２３の有効横断面積は本体部２１の平均横断面積の１．０倍以上であるのが好ましく、１．５倍程度であるのがより好ましい。また、先端側雄ネジ部２３の長さは、本体部２１の平均横断面積の０．５倍以上であるのが好ましく、２倍程度であるのがより好ましい。これにより、先端側雄ネジ部２３と第２のブロック体７２との接合強度をより高めることができる。
　さらに、フランジ部２５の最大横断面積は、先端側雄ネジ部２３の有効横断面積の１．５倍以上であるのが好ましく、２倍程度であるのがより好ましい。
　磁歪材料のヤング率は、４０～１００ＧＰａ程度であるのが好ましく、５０～９０ＧＰａ程度であるのがより好ましく、６０～８０ＧＰａ程度であるのがさらに好ましい。かかるヤング率を有する磁歪材料で磁歪棒２を構成することにより、磁歪棒２をより大きく伸縮させることができる。このため、磁歪棒２の透磁率をより大きく変化させることができるので、発電素子１（コイル５）の発電効率をより向上させることができる。
　かかる磁歪材料としては、特に限定されないが、例えば、鉄－ガリウム系合金、鉄－コバルト系合金、鉄－ニッケル系合金等が挙げられ、これらの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、鉄－ガリウム系合金（ヤング率：約７０ＧＰａ）を主成分とする磁歪材料が好適に用いられる。
　鉄－ガリウム系合金（特に、ガリウムを１５～２０ｗｔ％で含有する鉄－ガリウム系合金）を主成分とする磁歪材料は、前述したようなヤング率の範囲に設定し易い。また、かかる磁歪材料は、適度な延性を有し、また、例えば、切削加工、ワイヤー放電加工、レーザ加工等により、基端側雄ネジ部２２および先端側雄ネジ部２３を形成し易い。このため、磁歪棒２の加工コストの削減を図ることができる。
　なお、以上のような磁歪材料は、Ｙ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍのような希土類金属のうちの少なくとも１種を含むのが好ましい。これにより、磁歪棒２の透磁率の変化をより大きくすることができる。
　この磁歪棒２に対して、磁性棒３が併設されている。
　＜＜磁性棒３＞＞
　磁性棒３は、磁性材料で構成され、その軸方向に、磁歪棒２を通過した磁力線が通過する。本実施形態では、磁性棒３は、ほぼ一定の厚さを有する長尺の平板状をなしている。
　この磁性棒３は、本体部３１と、本体部３１の基端に設けられ、本体部３１より太幅の拡幅部（他端部）３９とを備えている。磁性棒３は、拡幅部３９において第１の連結機構６に連結され、先端において第２の連結機構７に連結されている。
　また、拡幅部３９には、その厚さ方向に貫通して２つの貫通孔３９１、３９２が形成されている。貫通孔３９１、３９２には、後述する第１の連結機構６のネジ６２、６３が挿通される。
　磁性棒３の平均厚さは、磁性棒３の構成材料にもよるが、０．５～３．０ｍｍ程度であるのが好ましく、０．８～２．０ｍｍ程度であるのがより好ましい。磁性棒３の平均厚さを前記範囲とすることにより、発電素子１の大型化を防止しつつ、発電素子１に十分な機械的強度を付与することができる。
　磁性棒３を構成する磁性材料のヤング率と、磁歪棒２を構成する磁歪材料のヤング率とは、異なっていてもよいが、ほぼ等しいことが好ましい。これにより、磁歪棒２を、図３に示すように、上下方向に円滑かつ確実に変位させることができる。具体的には、磁性材料のヤング率は、４０～１００ＧＰａ程度であるのが好ましく、５０～９０ＧＰａ程度であるのがより好ましく、６０～８０ＧＰａ程度であるのがさらに好ましい。
　かかる磁性材料としては、特に限定されないが、例えば、純鉄（例えば、ＪＩＳ　ＳＵＹ）、軟鉄、炭素鋼、電磁鋼（ケイ素鋼）、高速度工具鋼、構造鋼（例えば、ＪＩＳ　ＳＳ４００）、ステンレスマーマロイ等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
　また、磁歪棒２の本体部２１の外周には、本体部２１を囲むように、コイル５が配置されている。
　＜＜コイル５＞＞
　コイル５は、線材を本体部２１の外周に巻回することにより構成されている。これにより、コイル５は、磁歪棒２を通過している磁力線が、その軸方向に通過する（内腔部を貫く）ように配設されている。このコイル５には、磁歪棒２の透磁率の変化、すなわち、磁歪棒２を通過する磁力線の密度（磁束密度）の変化に基づいて、電圧が発生する。
　線材の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、銅製の基線に絶縁被膜を被覆した線材や、銅製の基線に融着機能を付加した絶縁被膜を被覆した線材等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
　線材の巻き数は、線材の横断面積等に応じて適宜設定され、特に限定されないが、１００～５００程度であるのが好ましく、１５０～４５０程度であるのがより好ましい。
　また、線材の横断面積は、５×１０－４～０．１２６ｍｍ２程度であるのが好ましく、２×１０－３～０．０３ｍｍ２程度であるのがより好ましい。
　なお、線材の横断面形状は、例えば、三角形、正方形、長方形、六角形のような多角形、円形、楕円形等のいかなる形状であってもよい。
　磁歪棒２の基端側雄ネジ部２２と磁性棒３の拡幅部３９とは、第１の連結機構６により連結されている。
　＜＜第１の連結機構６＞＞
　第１の連結機構６は、発電素子１を筐体等に固定するための固定部として機能する。第１の連結機構６を介して発電素子１を固定することにより、発電素子１は、その基端を固定端、先端を可動端として片持ち支持される。
　本実施形態では、第１の連結機構６は、直方体状の第１のブロック体６１と、ネジ６２、６３とを備えている。第１のブロック体６１には、先端面に開口する雌ネジ部６１１と、基端面に開口する磁石収納部６１２と、上面に開口する２つのネジ穴６１３、６１４が形成されている。雌ネジ部６１１には、磁歪棒２の基端側雄ネジ部２２が螺合され、ネジ穴６１３、６１４には、ネジ６２、６３が螺合される。また、磁石収納部６１２には、後述する永久磁石８１が収納される。
　雌ネジ部６１１および磁石収納部６１２は、第１のブロック体６１の軸方向に沿って、かつ、同心的（同軸的）に形成されている。また、雌ネジ部６１１と磁石収納部６１２とは連通している。かかる構成により、雌ネジ部６１１に螺合された基端側雄ネジ部２２の基端面に、磁石収納部６１２に収納された永久磁石８１の先端面とを接触させることができる。
　また、ネジ６２、６３を、磁性棒３の拡幅部３９に形成された貫通孔３９１、３９２に挿通し、ネジ穴６１３、６１４に螺合させる。これにより、磁性棒３が第１のブロック体６１に固定される。すなわち、本実施形態では、ネジ６２、６３とネジ穴６１３、６１４とにより、磁性棒３の拡幅部（一端部）３９を第１のブロック体６１に固定する固定構造が構成されている。
　なお、例えば、ネジ穴６１３、６１４を第１のブロック体６１の厚さ方向に貫通するよう形成し、ネジ６２、６３の全長を長く設計することにより、ネジ６２、６３の発電素子１から突出した部分を、発電素子１を筐体等に固定するために用いることができる。
　本実施形態では、後述するように、磁歪棒２の基端と磁性棒３の基端とを磁界印加機構８により接続するので、第１のブロック体６１を非磁性材料で構成することができる。かかる非磁性材料としては、特に限定されないが、例えば、金属材料、半導体材料、セラミックス材料、樹脂材料等が挙げられ、これらの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。なお、樹脂材料を用いる場合には、樹脂材料中にフィラーを添加することが好ましい。これらの中でも、金属材料を主成分とする非磁性材料を用いるのが好ましく、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、銅およびこれらを含む合金のうちの少なくとも１種を主成分とする非磁性材料を用いるのがより好ましい。
　一方、磁歪棒２の先端側雄ネジ部２３と磁性棒３の先端部とは、第２の連結機構７により連結されている。
　＜＜第２の連結機構７＞＞
　第２の連結機構７は、磁歪棒２に対して外力や振動を付与する部位である。第２の連結機構７に対して、図３の上または下への外力、または、上下方向の振動を付与すると、磁歪棒２は、その基端を固定端とし、先端が上下方向に往復動（先端が基端に対して相対的に変位）する。
　本実施形態では、第２の連結機構７は、磁性棒３の先端に連続して設けられ、磁歪棒２の先端側雄ネジ部２３を挿通可能な貫通孔７１１が形成された平板部７１と、貫通孔７１１に挿通された先端側雄ネジ部２３と螺合する雌ネジ部７２１が形成された第２のブロック体７２とで構成されている。
　平板部７１は、磁性棒３の軸方向に対してほぼ垂直となるように配置され、磁性棒３と一体的に形成されている。また、貫通孔７１１は、平板部７１の厚さ方向に貫通して形成されている。したがって、貫通孔７１１の軸方向と、磁歪棒２の軸方向とはほぼ平行となっている。また、第２のブロック体７２は、円柱状をなしており、雌ネジ部７２１は、第２のブロック体７２の軸方向に沿って形成され、その基端面に開口している。
　このような構成により、発電素子１を組み立てる際に、磁歪棒２の先端側雄ネジ部２３を貫通孔７１１に挿通し、第２のブロック体７２の雌ネジ部７２１に螺合させると、フランジ部２５の先端面および第２のブロック体７２の基端面がそれぞれ平板部７１に当接する。さらに、フランジ部２５と第２のブロック体７２とが接近するように、先端側雄ネジ部２３を雌ネジ部７２１へねじ込むと、先端側雄ネジ部２３は、その軸方向に伸長されるようになる。この状態で、先端側雄ネジ部２３には、引張応力が常時かかる状態となり、磁歪材料の逆磁歪効果により透磁率が増加し、磁力線がより効率よく通過し得るようになる。
　平板部７１は、磁性材料を用いて、磁性棒３と一体的に形成されており、本実施形態では、図３に示すように、磁歪棒２を通過した磁力線は、平板部７１を介して磁性棒３に向かうよう構成されている。このため、第２のブロック体７２は、磁性材料で構成してもよいが、前述したような非磁性材料で構成することもできる。
　磁歪棒２の基端側には、磁歪棒２にバイアス磁界を印加する磁界印加機構８が設けられている。
　＜＜磁界印加機構８＞＞
　磁界印加機構８は、図２および図３に示すように、永久磁石８１と、磁性棒３の基端に連続して設けられ、磁歪棒２の基端面との間に永久磁石８１を保持する接続部８２とで構成されている。
　永久磁石８１は、円盤状（厚さの比較的薄い円柱状）をなしている。一方、接続部８２は、平板状をなし、磁性棒３の軸方向に対してほぼ垂直となるように、磁性棒３と一体的に形成されている。永久磁石８１が第１のブロック体６１の磁石収納部６１２内に収納された状態で、磁歪棒２の基端面と接続部８２とにより磁石収納部６１２に保持される。
　かかる構成により、永久磁石８１と磁性棒３の拡幅部３９とが接続部８２を介して接続される。また、図３に示すように、永久磁石８１は、Ｎ極を磁歪棒２側に、Ｓ極を接続部８２側にして配置されており、これにより、発電素子１には、反時計周りの磁界ループが形成されている。
　永久磁石８１には、例えば、アルニコ磁石、フェライト磁石、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石や、それらを粉砕して樹脂材料やゴム材料に混練した複合素材を成形してなる磁石（ボンド磁石）等を用いることができる。また、接続部８２は、磁性棒３と一体的に、磁性材料を用いて形成されている。
　このような発電素子１では、第１のブロック体６１を、例えば筐体等に固定した状態（図３参照）から、第２のブロック体７２を下方に向かって変位（回動）させると、すなわち、磁歪棒２の基端に対して先端を下方に向かって変位させると、磁歪棒２が軸方向に圧縮されるように変形する。一方、第２のブロック体７２を上方に向かって変位（回動）させると、すなわち、磁歪棒２の基端に対して先端を上方に向かって変位させると、磁歪棒２が軸方向に伸長されるように変形する。その結果、逆磁歪効果により磁歪棒２の透磁率が変化して、磁歪棒２を通過する磁力線の密度（コイル５の内腔部を軸方向に貫く磁力線の密度）が変化する。これにより、コイル５に電圧が発生する。
　特に、本実施形態では、磁歪棒２と第１のブロック体６１および第２のブロック体７２とが螺合により接続されている。このため、磁歪棒２が伸縮した際にも、これらの間に高い接合力が維持され、発電素子１では、効率のより発電が可能である。
　また、フランジ部２５を設けることにより、先端側雄ネジ部２３を第２のブロック体７２の雌ネジ部７２１へねじ込む深さを調整することができる。その結果、先端側雄ネジ部２３を常に伸長した状態とすることができるので、先端側雄ネジ部２３での透磁率が向上する。これにより、磁歪棒２から磁性棒３に向かって磁力線を円滑に通過させることができる。したがって、発電素子１の発電効率の上昇を図ることができる。
　さらに、永久磁石８１が磁歪棒２と接触し、かつ、磁歪棒２と同軸上に配置することができる。このため、永久磁石８１が発生させる磁力線の発電素子１による利用効率を高めることができる。かかる観点からも、発電素子１の発電効率の上昇を図ることができる。
　なお、発電素子１の発電量は、特に限定されないが、１００～１４００μＪ程度であるのが好ましい。発電素子１の発電量（発電能力）が上記範囲内であれば、例えば、無線装置と組み合わせることで、後述する住宅照明用無線スイッチや住宅セキュリティー用システム等に有効に利用することができる。
　＜第２実施形態＞
　次に、本発明の発電素子の第２実施形態について説明する。
　図４は、本発明の発電素子の第２実施形態の先端側の部分を示す拡大図である。
　なお、以下の説明では、図４中の上側を「上」または「上方」と言い、下側を「下」または「下方」と言う。また、図４中の右側を「先端」と言い、左側を「基端」と言う。
　以下、第２実施形態の発電素子について、前記第１実施形態の発電素子との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
　第２実施形態の発電素子１では、磁歪棒２の周方向に沿って設けられた突出部の構成が異なり、それ以外は、前記第１実施形態の発電素子１と同様である。すなわち、図４に示す発電素子１では、突出部が、フランジ部２５に代えて、ナット２６で構成されている。
　ナット２６の内周面および磁歪棒２の外周面の一方には、ネジ山が形成され、他方にはネジ山に螺合するネジ溝が形成されている。これにより、ナット２６は、磁歪棒２の軸方向に沿って移動可能、かつ、磁歪棒２の軸回りに回転可能となっている。
　かかる構成によれば、ナット２６を磁歪棒２の軸方向に移動させることにより、磁歪棒２の先端側雄ネジ部２３の伸長の程度を調整することができる。この場合、ナット２６は、磁歪材料で構成する必要がないため、前記第１実施形態の磁歪棒２と比較して、磁歪棒２の構成を簡略化することができるため、高価な磁歪材料の使用量を削減して、磁歪棒２の作製コスト（発電素子１の製造コスト）の削減を図ることができる。
　かかる第２実施形態の発電素子１によっても、前記第１実施形態の発電素子１と同様の作用・効果を生じる。
　＜第３実施形態＞
　次に、本発明の発電素子の第３実施形態について説明する。
　図５は、本発明の発電素子の第３実施形態を示す分解斜視図、図６は、図５に示す発電素子の縦断面図である。
　なお、以下の説明では、図５および図６中の上側を「上」または「上方」と言い、下側を「下」または「下方」と言う。また、図５および図６中の右側を「先端」と言い、左側を「基端」と言う。
　以下、第３実施形態の発電素子について、前記第１および第２実施形態の発電素子との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
　第３実施形態の発電素子１では、以下の点が異なること以外は、前記第１実施形態の発電素子１と同様である。
　すなわち、磁歪棒２において、基端側雄ネジ部２２と先端側雄ネジ部２３とが、また、フランジ部２４とフランジ部２５とが同様の構成とされ、さらに、磁歪棒２の全体構成と磁性棒３の全体構成とが同様の構成とされている。すなわち、磁性棒３は、長尺の円柱状をなし、本体部３１と、本体部３１の基端に設けられた基端側雄ネジ部（一端部）３２と、本体部３１の先端に設けられた先端側雄ネジ部（他端部）３３と、本体部３１の基端部および先端部の周方向に沿ってそれぞれ設けられた環状のフランジ部３４、３５とを備えている。
　また、第１の連結機構６の第１のブロック体６１には、磁歪棒２の基端側雄ネジ部２２および磁性棒３の基端側雄ネジ部３２がそれぞれ螺合可能な雌ネジ部６１１および第２の雌ネジ部６１５が、第１のブロック体６１の軸方向（先端面から基端面）に貫通して形成されている。すなわち、本実施形態では、磁性棒３の基端側雄ネジ部３２と第１のブロック体６１の第２の雌ネジ部６１５とにより、磁性棒３の一端部を第１のブロック体６１に固定する固定構造が構成されている。
　さらに、第２の連結機構７の平板部７１は、磁性棒３とは別体とされ、平板部７１には、貫通孔７１１の他に、磁性棒３の先端側雄ネジ部３３を挿通可能な第２の貫通孔７１２が形成されている。また、本実施形態の発電素子１は、第２のブロック体７２とは別に、平板部７１の第２の貫通孔７１２に挿通された磁性棒３の先端側雄ネジ部３３と螺合する雌ネジ部７３１が形成された円柱状の第３のブロック体７３とを有している。この第３のブロック体７３は、発電素子１を組み立てた状態で、例えば、接着剤等により構成される接着層７４を介して第２のブロック体７２に固定されている。
　また、磁界印加機構８の接続部８２は、磁性棒３とは別体とされ、平板を屈曲させたような段差形状をなしている。この接続部８２は、磁性材料で構成され、永久磁石８１と磁性棒３の基端側雄ネジ部（一端部）３２とを接続するように配置されている。なお、本実施形態では、接続部８２は、好ましくは、永久磁石８１とともに、例えば、接着剤等による接着により第１のブロック体６１に対して固定されている。
　かかる第３実施形態の発電素子１によっても、前記第１および第２実施形態の発電素子１と同様の作用・効果を生じる。
　また、上記構成とすることにより、磁歪棒２と第１のブロック体６１および第２のブロック体７２との接合強度と、磁性棒３と第１のブロック体６１および第３のブロック体７３との接合強度とを同等にすることができる。これは、発電素子１全体の強度の向上および安定化に寄与する。
　なお、コイル５は、磁歪棒２の外周側に代えて、磁性棒３の外周側に設けてもよく、磁歪棒２の外周側および磁性棒３の外周側の双方に設けるようにしてもよい。また、磁性棒３を磁歪材料を用いて構成するようにしてもよい。
　以上のような発電素子は、送信器用電源、センサーネットワーク用電源、住宅照明用無線スイッチ、車両の各部の状態を監視するシステム（例えば、タイヤ空気圧センサー、シートベルト着装検知センサー）、住宅セキュリティー用システム（特に、窓やドアの操作検知を無線で知らせるシステム）等に用いることができる。
　以上、本発明の発電素子を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各構成は、同様の機能を発揮し得る任意のものと置換することができ、あるいは、任意の構成のものを付加することができる。
　例えば、前記第１～第３実施形態の任意の構成を組み合わせることもできる。
　また、本発明の発電素子は、永久磁石を省略し、外部磁場（外部磁界）を用いて発電する構成とすることもできる。
　また、前記各実施形態において、磁歪棒および磁性棒は、いずれも、その横断面形状が円形状をなしているが、例えば、楕円形状、三角形状、長方形状、正方形状、六角形状のような多角形状であってもよい。
　また、コイルは、ボビンと、このボビンに巻回される線材とで構成するようにしてもよい。
　本発明によれば、磁歪棒を他の構成部材に確実に固定することができるので、磁歪棒の伸縮を効率よく行うことができ、その結果、発電素子の発電効率を向上することができる。したがって、本発明は産業上の利用可能性を有する。
　１…発電素子　２…磁歪棒　２１…本体部　２２…基端側雄ネジ部　２３…先端側雄ネジ部　２４、２５…フランジ部　２６…ナット　３…磁性棒　３１…本体部　３２…基端側雄ネジ部　３３…先端側雄ネジ部　３４、３５…フランジ部　３９…拡幅部　３９１、３９２…貫通孔　５…コイル　６…第１の連結機構　６１…第１のブロック体　６１１…雌ネジ部　６１２…磁石収納部　６１３、６１４…ネジ穴　６１５…第２の雌ネジ部　６２、６３…ネジ　７…第２の連結機構　７１…平板部　７１１…貫通孔　７１２…第２の貫通孔　７２…第２のブロック体　７２１…雌ネジ部　７３…第３のブロック体　７３１…雌ネジ部　７４…接着層　８…磁界印加機構　８１…永久磁石　８２…接続部

Claims (13)

  1. 　磁歪材料で構成され、軸方向に磁力線を通過させる磁歪棒と、
    　該磁歪棒と併設され、磁性材料で構成された磁性棒と、
    　前記磁歪棒の一端部と前記磁性棒の一端部とを連結する第１の連結機構と、
    　前記磁歪棒の他端部と前記磁性棒の他端部とを連結する第２の連結機構と、
    　前記磁力線が軸方向に通過するように配置され、前記磁歪棒の伸縮により生じる前記磁力線の密度の変化に基づいて電圧が発生するコイルとを有し、
    　前記磁歪棒の前記一端部および前記他端部の少なくとも一方が、雄ネジ部で構成されていることを特徴とする発電素子。
  2. 　前記雄ネジ部の有効横断面積は、前記磁歪棒の前記一端部および前記他端部以外の部分の横断面積より大きい請求項１に記載の発電素子。
  3. 　前記磁歪棒は、前記一端部および前記他端部以外の部分に、その周方向に沿って設けられた突出部を備える請求項１または２に記載の発電素子。
  4. 　前記突出部は、前記磁歪棒の軸方向に沿って移動可能、かつ、前記磁歪棒の軸回りに回転可能に設けられている請求項３に記載の発電素子。
  5. 　前記コイルは、前記磁歪棒の前記一端部および前記他端部以外の部分の外周側に、当該部分を囲むように配置されている請求項１ないし４のいずれかに記載の発電素子。
  6. 　前記磁歪棒の前記一端部に接触して設けられ、前記磁力線を発生する磁石と、
    　該磁石と、前記磁性棒の前記一端部とを接続し、磁性材料で構成された接続部とを有する請求項１ないし５のいずれかに記載の発電素子。
  7. 　前記接続部は、前記磁性棒と一体的に形成されている請求項６に記載の発電素子。
  8. 　前記磁歪棒の前記一端部が、前記雄ネジ部で構成され、
    　前記第１の連結機構は、前記雄ネジ部と螺合する雌ネジ部が形成された第１のブロック体と、前記磁性棒の前記一端部を前記第１のブロック体に固定する固定構造とを備える請求項１ないし７のいずれかに記載の発電素子。
  9. 　前記固定構造は、前記磁性棒の前記一端部を前記第１のブロック体に固定するネジと、前記第１のブロック体に形成され、前記ネジと螺合するネジ穴とで構成されている請求項８に記載の発電素子。
  10. 　前記磁性棒の前記一端部も、雄ネジ部で構成され、
    　前記固定構造は、前記磁性棒の前記雄ネジ部と、該雄ネジ部と螺合する前記第１のブロック体に形成された前記第２の雌ネジ部とで構成されている請求項８に記載の発電素子。
  11. 　前記磁歪棒の前記他端部が、前記雄ネジ部で構成され、
    　前記第２の連結機構は、前記磁性棒の前記他端部側に設けられ、前記雄ネジ部を挿通可能な貫通孔を備える磁性材料で構成された平板部と、前記貫通孔に挿通された前記雄ネジ部と螺合する雌ネジ部が形成された第２のブロック体とを備える請求項１ないし１０のいずれかに記載の発電素子。
  12. 　前記平板部は、前記磁性棒と一体的に形成されている請求項１１に記載の発電素子。
  13. 　前記磁性棒の前記他端部も、雄ネジ部で構成され、
    　前記平板部は、前記磁性棒の前記雄ネジ部を挿通可能な第２の貫通孔を備え、
    　さらに、前記第２の貫通孔に挿通された前記磁性棒の前記雄ネジ部と螺合する雌ネジ部が形成された第３のブロック体を有する請求項１１に記載の発電素子。
PCT/JP2013/069735 2012-07-23 2013-07-22 発電素子 WO2014017414A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/410,491 US9525122B2 (en) 2012-07-23 2013-07-22 Power generating element
DE112013003634.7T DE112013003634B4 (de) 2012-07-23 2013-07-22 Energieerzeugungselement
CN201380035042.2A CN104412503B (zh) 2012-07-23 2013-07-22 发电元件

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012162322A JP5915433B2 (ja) 2012-07-23 2012-07-23 発電素子
JP2012-162322 2012-07-23

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014017414A1 true WO2014017414A1 (ja) 2014-01-30

Family

ID=49997227

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2013/069735 WO2014017414A1 (ja) 2012-07-23 2013-07-22 発電素子

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9525122B2 (ja)
JP (1) JP5915433B2 (ja)
CN (1) CN104412503B (ja)
DE (1) DE112013003634B4 (ja)
WO (1) WO2014017414A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170093306A1 (en) * 2014-03-17 2017-03-30 National University Corporation Kanazawa University Power generation element and actuator using structure of said power generation element

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103534925B (zh) * 2011-05-16 2016-01-20 国立大学法人金泽大学 发电开关
JP6028594B2 (ja) * 2013-01-28 2016-11-16 富士電機株式会社 発電装置
JP6068187B2 (ja) * 2013-02-25 2017-01-25 東洋ゴム工業株式会社 発電素子
DE112014004798T5 (de) * 2013-12-25 2016-07-14 Sumitomo Riko Company Limited Leistungserzeugungssystem
JP6171992B2 (ja) * 2014-03-12 2017-08-02 富士電機株式会社 発電装置
JP6232337B2 (ja) * 2014-04-30 2017-11-15 住友理工株式会社 磁歪式振動発電装置
JP6122882B2 (ja) * 2015-01-29 2017-04-26 日本高周波鋼業株式会社 磁歪部材およびその製造方法
CN105533980B (zh) * 2016-02-04 2017-11-14 南京邮电大学 发电背带连结扣
DE102016003599A1 (de) * 2016-03-27 2017-09-28 Eto Magnetic Gmbh Elektrischer linearer repetitiver Impulsantrieb
EP3447902B1 (en) * 2016-04-19 2021-08-25 National University Corporation Kanazawa University Power generation element, method for manufacturing power generation element, and actuator
CN112066467B (zh) * 2020-08-20 2022-02-01 宁波奥克斯电气股份有限公司 一种冷却装置及空调设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5287796A (en) * 1976-01-19 1977-07-22 Mitsubishi Metal Corp Rotary magnetostriction vibrator
JP2005277471A (ja) * 2004-03-22 2005-10-06 Tdk Corp スピーカ
JP2008072862A (ja) * 2006-09-15 2008-03-27 Citizen Holdings Co Ltd 発電デバイスおよびそれを備えた発電装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE464932B (sv) * 1989-12-21 1991-07-01 Wabco Holdings Sab Anordning i en kraftaktuator foer omvandling av en oscillerande axiell roerelse
JPH05287796A (ja) 1992-04-08 1993-11-02 Ebara Corp 下水管内清掃車装置
US5406153A (en) * 1992-06-19 1995-04-11 Iowa State University Research Foundation, Inc. Magnetostrictive vibration generation system
US5705863A (en) * 1995-05-02 1998-01-06 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy High speed magnetostrictive linear motor
JPH0990065A (ja) 1995-09-28 1997-04-04 Seiko Epson Corp 発電装置付携帯機器
US5615172A (en) 1996-04-22 1997-03-25 Kotlyar; Oleg M. Autonomous data transmission apparatus
US6246132B1 (en) * 1998-01-26 2001-06-12 Energen, Inc. Magnetostrictive actuator
US6294849B1 (en) * 2000-08-24 2001-09-25 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Magnetostrictive actuator with load compensating operational modification
US6982502B1 (en) * 2003-09-26 2006-01-03 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Hybrid electric linear actuator
JP4007333B2 (ja) * 2004-03-19 2007-11-14 ソニー株式会社 磁歪アクチュエータ
JP2005278226A (ja) * 2004-03-22 2005-10-06 Tdk Corp 振動装置兼発電装置及びこれを用いた携帯電話
JP2006222139A (ja) * 2005-02-08 2006-08-24 Tdk Corp 磁歪アクチュエータ
US20110116664A1 (en) * 2008-09-10 2011-05-19 Panasonic Corporation Magnetostrictive actuator and speaker and device using said magnetostrictive actuator
CN101882887B (zh) * 2009-05-04 2012-12-26 陈友余 大功率磁致伸缩铁轨压力发电系统
JP5287796B2 (ja) 2010-05-31 2013-09-11 三菱電機株式会社 半導体装置の製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5287796A (en) * 1976-01-19 1977-07-22 Mitsubishi Metal Corp Rotary magnetostriction vibrator
JP2005277471A (ja) * 2004-03-22 2005-10-06 Tdk Corp スピーカ
JP2008072862A (ja) * 2006-09-15 2008-03-27 Citizen Holdings Co Ltd 発電デバイスおよびそれを備えた発電装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170093306A1 (en) * 2014-03-17 2017-03-30 National University Corporation Kanazawa University Power generation element and actuator using structure of said power generation element
US10230314B2 (en) * 2014-03-17 2019-03-12 National University Corporation Kanazawa University Power generation element and actuator using structure of said power generation element

Also Published As

Publication number Publication date
DE112013003634B4 (de) 2016-12-15
US20150325778A1 (en) 2015-11-12
CN104412503B (zh) 2016-12-28
DE112013003634T5 (de) 2015-04-09
JP2014023368A (ja) 2014-02-03
CN104412503A (zh) 2015-03-11
JP5915433B2 (ja) 2016-05-11
US9525122B2 (en) 2016-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5915433B2 (ja) 発電素子
WO2014021197A1 (ja) 発電素子
US7456530B2 (en) Magnetostrictive actuator
US6037682A (en) Integrated multi-mode transducer and method
TWI414368B (zh) 用於電線接合機之接合裝置
WO2014021196A1 (ja) 発電装置
JP5915432B2 (ja) 発電素子
JP6349909B2 (ja) 発電装置
WO2015162988A1 (ja) 発電装置
JP6287580B2 (ja) 発電装置
WO2015002069A1 (ja) 発電装置
WO2015178053A1 (ja) 発電装置
WO2014168008A1 (ja) 発電装置
JP2006238575A (ja) アクチュエータ
US20200188956A1 (en) Vibration source
Ueno et al. Two-DOF micro magnetostrictive bending actuator for wobbling motion
JP2015223061A (ja) ベースおよび発電装置
WO2014168007A1 (ja) 発電装置
JP6343512B2 (ja) 白杖用報知装置とそれを用いた報知装置付白杖
JPH04171989A (ja) 磁歪素子
JP2009290923A (ja) 磁歪アクチュエータ

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13822663

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14410491

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1120130036347

Country of ref document: DE

Ref document number: 112013003634

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13822663

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1