WO2014168008A1 - 発電装置 - Google Patents

発電装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2014168008A1
WO2014168008A1 PCT/JP2014/058592 JP2014058592W WO2014168008A1 WO 2014168008 A1 WO2014168008 A1 WO 2014168008A1 JP 2014058592 W JP2014058592 W JP 2014058592W WO 2014168008 A1 WO2014168008 A1 WO 2014168008A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
magnetostrictive rod
magnetostrictive
beam member
power generation
rod
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/058592
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 JP2015511196A priority Critical patent/JPWO2014168008A1/ja
Priority to US14/783,762 priority patent/US20160065093A1/en
Priority to EP14782836.2A priority patent/EP2988409A4/en
Publication of WO2014168008A1 publication Critical patent/WO2014168008A1/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
    • 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
    • H02N2/185—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators using fluid streams
    • 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 device.
  • this power generation device applies a bias magnetic field to a pair of magnetostrictive rods arranged in parallel, a connecting yoke that connects these magnetostrictive rods, a coil provided to surround each magnetostrictive rod, and the magnetostrictive rod.
  • a permanent magnet and a back yoke are provided.
  • a pair of magnetostrictive rods function as opposing parallel beams (parallel beams).
  • one magnetostrictive rod When an external force is applied to the connecting yoke in a direction perpendicular to the axial direction of the pair of magnetostrictive rods, one magnetostrictive rod extends. It deforms so that the other magnetostrictive rod contracts. At this time, the density of magnetic lines passing through each magnetostrictive rod (magnetic flux density), that is, the density of magnetic lines passing through each coil changes, thereby generating a voltage in each coil.
  • magnetic flux density magnetic flux density
  • 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 apparatus that can generate uniform stress in a magnetostrictive rod and generate power efficiently.
  • At least one magnetostrictive rod made of a magnetostrictive material and passing a magnetic field line in the axial direction;
  • a beam member having a function of applying stress to the magnetostrictive rod;
  • the magnetic field lines are arranged so as to pass in the axial direction, and a coil that generates a voltage based on a change in density thereof,
  • the other end of the magnetostrictive rod is displaced in a direction substantially perpendicular to the axial direction of the magnetostrictive rod, and the magnetostrictive rod is expanded and contracted to change the density of the magnetic lines of force so as to generate a voltage in the coil.
  • the power generation device is characterized in that an interval between the magnetostrictive rod and the beam member is smaller at the other end than at the one end.
  • the at least one magnetostrictive rod has two or more magnetostrictive rods provided side by side,
  • the power generation device according to any one of (1) to (4), wherein the magnetostrictive rods and the beam members are arranged so as not to overlap each other in a plan view.
  • the coil is wound around the outer periphery of each magnetostrictive rod,
  • the coil includes a bobbin disposed on the outer peripheral side of the magnetostrictive rod so as to surround the magnetostrictive rod, and a wire wound around the bobbin,
  • the permanent magnet is disposed at least one between one end portions of the magnetostrictive rods and between the other end portions of the magnetostrictive rods, according to any one of the above (5) to (10).
  • the spring constant of the beam member is A [GPa]
  • the number of the beam members is X [piece]
  • the spring constant of the magnetostrictive rod is B [GPa]
  • the number of the magnetostrictive rod is Y [piece].
  • the power generation device including at least one permanent magnet disposed so that a magnetization direction is substantially orthogonal to an axial direction of the magnetostrictive rod.
  • the distance between the magnetostrictive rod and the beam member in a side view is configured to be smaller at the other end than at one end.
  • the rigidity in the displacement direction of the pair of beams including the magnetostrictive rod and the beam member is smaller at the other end than at one end.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a power generator of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the power generator shown in FIG. Fig.3 (a) is a right view of the electric power generating apparatus shown in FIG.
  • FIG.3 (b) is a figure which shows the state which removed the coil from each magnetostriction rod shown to Fig.3 (a).
  • FIG. 4 is a plan view of the power generator shown in FIG.
  • FIG. 5 is a front view of the power generator shown in FIG. Fig.6 (a) is a right view which shows the state which attached the electric power generating apparatus (a coil is abbreviate
  • FIG.6 (b) is a figure which shows the state which provided the external force to the downward direction with respect to the front-end
  • FIG. 7 is a side view schematically showing a state in which an external force is applied downward with respect to the distal end of one bar (one beam) whose base end is fixed to the housing.
  • FIG. 8 is a side view schematically showing a state in which an external force is applied downward to the distal ends of a pair of opposed parallel beams (parallel beams) whose base ends are fixed to the casing.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing stress (elongation stress, contraction stress) applied to a pair of parallel beams to which an external force is applied to the tip.
  • stress elongation stress, contraction stress
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the applied magnetic field (H) and the magnetic flux density (B) according to the generated stress in a magnetostrictive rod composed of a magnetostrictive material mainly composed of an iron-gallium alloy. It is.
  • FIG. 11 is a perspective view showing a power generator having a configuration in which a part of the configuration of the power generator shown in FIG. 1 is changed so that the beam spacing between the magnetostrictive rod and the beam member is parallel from the base end toward the tip.
  • FIG. 12A is an analysis diagram in which the stress generated in the magnetostrictive rod and the beam member of the power generation device shown in FIG. 11 is analyzed.
  • FIG.12 (b) is the analysis figure which analyzed the stress which generate
  • FIG. 13 is a plan view showing another configuration example of the power generation device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a perspective view showing a second embodiment of the power generator of the present invention.
  • FIG. 15 is a perspective view showing a third embodiment of the power generator of the present invention.
  • FIG. 16A and FIG. 16B are perspective views showing a bobbin of a coil provided in the power generation device shown in FIG.
  • FIG. 17A and FIG. 17B are perspective views showing a magnetostrictive rod and a coil included in the power generation apparatus shown in FIG. FIG.
  • FIG. 17 (c) is a perspective view showing a cross section of the magnetostrictive rod and coil of FIG. 17 (a) cut along line BB.
  • FIG. 18A is a side view for explaining a state in which the power generation device shown in FIG. 15 is attached to the vibrating body.
  • 18B is a longitudinal sectional view (a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 15) of the power generation device shown in FIG. 15 attached to the vibrating body.
  • FIG. 19 is a side view showing another configuration example of the power generation device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 20A is along the longitudinal direction in each region in the thickness direction of the magnetostrictive rod 2 when an external force is applied downward to the second block body 5 of the power generation apparatus 1 of the first embodiment.
  • FIG. 20A is along the longitudinal direction in each region in the thickness direction of the magnetostrictive rod 2 when an external force is applied downward to the second block body 5 of the power generation apparatus 1 of the first embodiment.
  • FIG. 20B is a graph showing the stress
  • FIG. 20B is a graph showing the results of the same measurement as in FIG. 20A for the power generator 1 of Example 2
  • FIG. 20C is the power generator of the comparative example.
  • 21 is a graph showing the results of the same measurement as in FIG.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a power generator according to the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the power generator shown in FIG. Fig.3 (a) is a right view of the electric power generating apparatus shown in FIG.
  • FIG.3 (b) is a figure which shows the state which removed the coil from each magnetostriction rod shown to Fig.3 (a).
  • FIG. 4 is a plan view of the power generator shown in FIG.
  • FIG. 5 is a front view of the power generator shown in FIG. Fig.6 (a) is a right view which shows the state which attached the electric power generating apparatus (a coil is abbreviate
  • FIG.6 (b) is a figure which shows the state which provided the external force to the downward direction with respect to the front-end
  • FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3 (a), (b), FIG. 5, FIG. 6 (a), (b) and the front side in FIG. Alternatively, it is referred to as “upward”, and the lower side in FIGS. 1, 2, 3 (a), (b), 5 and 6 (a), (b) and the back side in FIG. Or “downward”.
  • 1 and 2 and the right side in FIGS. 3A, 3B, 4 and 6A, 6B are referred to as “tip”, and FIG. 1 and FIG. 2 and the left side in FIGS. 3A and 3B and FIGS. 4 and 6A and 6B are referred to as “base ends”.
  • the power generator 1 shown in FIGS. 1 and 2 is arranged so that the magnetostrictive rod 2 that passes the magnetic lines of force in the axial direction, the beam member 73 that has a function of applying stress to the magnetostrictive rod 2, and the magnetic lines of force pass in the axial direction.
  • the coil 3 is provided.
  • the magnetostrictive rod 2 is expanded and contracted by displacing the tip (the other end) with respect to the base end (one end) of the magnetostrictive rod 2 in a direction (vertical direction in FIG. 1) substantially perpendicular to the axial 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 coil 3) changes, whereby a voltage is generated in the coil 3.
  • Such a power generator 1 is configured such that the distance between the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 is smaller at the distal end than at the proximal end in a side view.
  • the rigidity in the displacement direction of the pair of beams composed of the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 is smaller at the other end than at one end. For this reason, when the tip is displaced with respect to the base end of the magnetostrictive rod 2, the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 can be smoothly displaced in the displacement direction. As a result, the thickness of the stress generated in the magnetostrictive rod 2 is increased. Variation in direction can be reduced. Thereby, a uniform stress can be generated in the magnetostrictive rod 2, and the power generation efficiency of the power generator 1 can be improved.
  • the power generation device 1 of the present embodiment has two magnetostrictive rods 2 and 2 provided side by side.
  • 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 flat plate shape, and passes lines of magnetic force in the axial direction thereof.
  • Such a magnetostrictive rod 2 has a substantially constant thickness (cross-sectional area) along the axial direction.
  • the average thickness of the magnetostrictive rod 2 is not particularly limited, but is preferably about 0.3 to 10 mm, and more preferably about 0.5 to 5 mm.
  • the average cross-sectional area of the magnetostrictive rod 2 is preferably about 0.2 to 200 mm 2 , more preferably about 0.5 to 50 mm 2 . With this configuration, it is possible to reliably pass magnetic lines of force in the axial direction of the magnetostrictive rod 2.
  • 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 electric power generation efficiency of the electric power generating apparatus 1 (coil 3) can be improved more.
  • 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 whose main component is an iron-gallium alloy is easy to set in the Young's modulus range as described above.
  • 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.
  • the coil 3 is wound (arranged) on the outer periphery of the two magnetostrictive rods 2 and 2 so as to surround the portions excluding both end portions 21 and 22 thereof.
  • the coil 3 is configured by winding a wire 31 around the magnetostrictive rod 2. Thereby, the coil 3 is arrange
  • a voltage is generated in the coil 3 based on a change in 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 magnetostrictive rods 2 and 2 are provided in the width direction, not in the thickness direction, so that the interval between them can be designed to be large. Therefore, a sufficient space for the coil 3 wound around the magnetostrictive rod 2 can be secured, and the number of turns can be increased even when the wire 31 having a relatively large cross-sectional area (wire diameter) is used.
  • a wire rod having a large wire diameter has a small resistance value (load impedance) and can efficiently flow a current, so that the voltage generated in the coil 3 can be used efficiently.
  • the voltage ⁇ generated in the coil 3 based on the change in the magnetic flux density of the magnetostrictive rod 2 is expressed by the following equation (1).
  • ⁇ N ⁇ ⁇ B / ⁇ T (1) (Where N is the number of turns of the wire 31, ⁇ B is the amount of change in magnetic flux passing through the lumen of the coil 3, and ⁇ T is the amount of change in time.)
  • the voltage generated in the coil 3 is proportional to the number of turns of the wire 31 and the amount of change in the magnetic flux density of the magnetostrictive rod 2 ( ⁇ B / ⁇ T).
  • the power generation efficiency of 1 can be improved.
  • fusion function to the copper base line the wire which coat
  • the number of windings of the wire 31 is not particularly limited, but is preferably about 1000 to 10,000, and more preferably about 2000 to 9000. Thereby, the voltage generated in the coil 3 can be further increased.
  • the cross-sectional area of the wire 31 is not particularly limited, but is preferably about 5 ⁇ 10 ⁇ 4 to 0.15 mm 2 , more preferably about 2 ⁇ 10 ⁇ 3 to 0.08 mm 2 . Since the resistance value of such a wire 31 is sufficiently low, the current flowing through the coil 3 can be efficiently flowed to the outside by the generated voltage, and the power generation efficiency of the power generator 1 can be further improved.
  • the cross-sectional shape of the wire 31 may be any shape such as a polygon such as a triangle, a square, a rectangle, and a hexagon, a circle, and an ellipse.
  • a first block body 4 is provided on the base end side of each magnetostrictive rod 2.
  • the 1st block body 4 functions as a fixing
  • the magnetostrictive rod 2 is cantilevered with the base end as a fixed end and the tip as a movable end.
  • various vibrating bodies such as a duct for an air conditioning, are mentioned, for example. A specific example of the vibrating body will be described later.
  • the first block body 4 has a high-back portion 41 on the tip side and a low-back portion 42 having a height (thickness) smaller than that of the high-back portion 41.
  • the outer shape is stepped (stepped).
  • a slit 411 formed along the width direction is provided at the approximate center in the thickness direction of the high-profile portion 41, and the base end portion 21 of the magnetostrictive rod 2 is inserted into the slit 411.
  • a pair of female screw portions 412 that penetrates in the thickness direction are provided at both ends in the width direction of the high-profile portion 41.
  • a male screw 43 is screwed into each female screw portion 412.
  • a pair of female screw portions 421 penetrating in the thickness direction are provided at both ends in the width direction of the low profile portion 42, and male screws 44 are screwed into the respective female screw portions 421.
  • the first block body 4 can be fixed to the housing by screwing the male screw 44 into the housing or the like via the female screw portion 421.
  • a groove 422 extending in the width direction is formed on the lower surface of the low profile portion 42. Therefore, the first block body 4 is fixed to the vibrating body at two portions, that is, the base end side (the low back portion 42) and the tip end side (mainly the high back portion 41) sandwiching the groove 422. It becomes the structure which is easy to bend. Therefore, the vibration of the vibrating body can be efficiently transmitted to the distal end side (second block body 5) of the magnetostrictive rod 2 via the first block body 4. As a result, it is possible to efficiently apply an extension stress or a contraction stress to the magnetostrictive rod 2.
  • a second block body 5 is provided on the distal end side of the magnetostrictive rod 2.
  • the second block body 5 is a part that functions as a weight that applies external force or vibration to the magnetostrictive rod 2. Due to the vibration of the vibrating body, an external force or vibration in the vertical direction is applied to the second block body 5. As a result, the magnetostrictive rod 2 has its base end as a fixed end, and the tip reciprocates vertically (the tip is displaced relative to the base end).
  • the second block body 5 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and is formed in a step shape (step shape) at the base end side so as to be two steps lower than the distal end side.
  • a step portion 55 is formed.
  • the stepped portion 55 has a first stepped surface 551 on which the distal end portion 22 of the magnetostrictive rod 2 is placed on the proximal end side and a step higher than the first stepped surface 551 on the distal end side from the first stepped surface 551.
  • a second step surface 552 provided. The height from the second step surface 552 to the first step surface 551 of the second block body 5 is set to be substantially equal to the thickness of the distal end portion 22 of the magnetostrictive rod 2.
  • the stepped portion 55 is formed with a pair of female screw portions 553 penetrating in the thickness direction near both ends in the width direction of the first stepped surface 551, and is screwed into the two male screws 53. It is configured as follows.
  • the end portions 21 and 22 of the magnetostrictive rod 2 can be reliably fixed, respectively, and uniform stress is applied to the magnetostrictive rod 2.
  • the material is not particularly limited as long as it is a material having sufficient rigidity capable of imparting a magnetic field and having ferromagnetism capable of imparting a bias magnetic field from the permanent magnet 6 to the magnetostrictive rod 2.
  • Examples of the material having the above characteristics include pure iron (for example, JIS SUY), soft iron, carbon steel, electromagnetic steel (silicon steel), high-speed tool steel, structural steel (for example, JIS SS400), stainless steel, permalloy, and the like. These can be used, and one or more of these can be used in combination.
  • the widths of the first block body 4 and the second block body 5 are designed to be larger than the width of the magnetostrictive rod 2. Specifically, the proximal end portion 21 of the magnetostrictive rod 2 is inserted into the slit 411 of the first block body 4, and the distal end portion 22 of the magnetostrictive rod 2 is inserted into the first step surface 551 of the second block body 5.
  • the width of each of the block bodies 4 and 5 is preferably about 3 to 15 mm, and more preferably about 5 to 10 mm.
  • two permanent magnets 6 for applying a bias magnetic field to the magnetostrictive rod 2 are provided.
  • Each permanent magnet 6 has a cylindrical shape.
  • the permanent magnets 6 provided between the first block bodies 4 are arranged with the south pole on the lower side in FIG. 4 and the north pole on the upper side in FIG. Further, the permanent magnet 6 provided between the second block bodies 5 is arranged with the S pole on the upper side in FIG. 4 and the N pole on the lower side in FIG. 4. That is, each permanent magnet 6 is disposed such that its magnetization direction coincides with the direction in which the magnetostrictive rod 2 is provided (see FIG. 5 and the like). Thereby, a clockwise magnetic field loop is formed in the power generator 1.
  • the permanent magnet 6 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.
  • a permanent magnet 6 is preferably fixed to each of the block bodies 4 and 5 by adhesion using, for example, an adhesive.
  • the permanent magnet 6 is comprised so that the 2nd block body 5 may be displaced. Therefore, no friction is generated between the second block body 5 and the permanent magnet 6. For this reason, since the energy for displacing the 2nd block body 5 by friction is not consumed, the electric power generating apparatus 1 can generate electric power efficiently.
  • Such magnetostrictive rods 2 and 2 are connected by a connecting portion 7 via each first block body 4 and each second block body 5.
  • the connecting portion 7 includes a first connecting member 71 that connects the first block bodies 4, a second connecting member 72 that connects the second block bodies 5, a first connecting member 71, and a second connecting member 71. And a single beam member 73 for connecting the connecting member 72.
  • each of the first connecting member 71, the second connecting member 72, and the beam member 73 has a strip shape (a long flat plate shape). It is H-shaped.
  • connection part 7 may be the structure which connected each member by welding etc., it is preferable that each member is integrally formed.
  • the first connecting member 71 is in contact with the upper surface of the high-profile portion 41 of each first block body 4, and the second connecting member 72 is connected to the second step surface 552 of the second block body 5 and one of them. It is comprised so that a part may contact
  • the thickness of the first block body 4) is higher than the height from the lower surface of the second step surface 552 of the second block body 5 (the thickness of the second block body 5 on the second step surface 552). Is configured to be larger. Therefore, the separation distance between the magnetostrictive rod 2 and the first connecting member 71 is configured to be longer than the separation distance between the magnetostrictive rod 2 and the second connecting member 72.
  • rod 2 is small toward the front-end
  • Such a connecting portion 7 is prepared, for example, as an H-shaped plate material in plan view, and the first connecting member 71 and the second connecting member are connected to the beam member 73 by pressing, bending or forging. It can be formed by bending the member 72 in the opposite direction.
  • the first connecting member 71 includes four through holes 711 formed at positions corresponding to the four female screw portions 412 provided in the two first block bodies 4.
  • the base end portion 21 of the magnetostrictive rod 2 is inserted into the slit 411, and the male screw 43 is inserted into the through hole 711 of the first connecting member 71 and screwed into the female screw portion 412.
  • the first connecting member 71 is screwed to the high back portion 41 of the first block body 4, and the interval between the slits 411 is narrowed, so that the base end portion 21 (magnetostrictive rod 2) becomes the first block. Fixed to the body 4.
  • the second connecting member 72 includes four through holes 721 formed at positions corresponding to the four female screw portions 553 provided in the two second block bodies 5. While the distal end portion 22 of the magnetostrictive rod 2 is placed on the first step surface 551 and the base end of the second connecting member 72 is in contact with the second step surface 552, the male screw 53 is inserted into the through hole 711. And screwed into the female screw portion 553. As a result, the second connecting member 72 is screwed to the second block body 5, and the distal end portion 22 is held between the bottom surface of the second connecting member 72 and the first step surface 551. As a result, the distal end portion 22 (magnetostrictive rod 2) is fixed to the second block body 5.
  • the magnetostrictive rod 2 and the first connecting member 71 are connected to the first block body 4 by the male screw 43, and the magnetostrictive rod 2 and the second connecting member 72 are connected to the second block body 5 by the male screw 53. Therefore, the number of parts and the number of assembly steps for fixing and connecting the members can be reduced.
  • the joining method is not limited to screwing as described above, but may be adhesive bonding, brazing, laser welding, electric welding, or the like.
  • the distance between the magnetostrictive rods 2 and 2 can be changed by setting the lengths of the first connecting member 71 and the second connecting member 72.
  • a sufficient space for winding the coil 3 around each magnetostrictive rod 2 can be secured.
  • the volume of the coil 3 can be made sufficiently large, and as a result, the power generation efficiency of the power generation device 1 can be improved.
  • the beam member 73 connects the central portions of the first connecting member 71 and the second connecting member 72 to each other. And in the electric power generating apparatus 1, it arrange
  • the interval is configured to become smaller from the proximal end toward the distal end (see FIG. 3).
  • the width of the beam member 73 is designed to be smaller than the interval between the coils 3 wound around each magnetostrictive rod 2, and the beam member 73 is configured to overlap the coil 3 on the distal end side in a side view. Has been.
  • the magnetostrictive rods 2, 2 and the beam member 73 function as beams facing each other, and each magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 are in the same direction (FIG. 1) with the displacement of the second block body 5. Displace in the upper or lower direction. At that time, stress is applied to each magnetostrictive rod 2 by the beam member 73.
  • the beam members 73 are disposed between the coils 3 wound around the magnetostrictive rods 2, when the magnetostrictive rods 2 are displaced, the beam members 73 come into contact with each other. There is no.
  • the first block body 4 is fixed to the casing 100 of the vibrating body by the male screw 44 (see FIG. 6A).
  • the second block body 5 is displaced (rotated) downward with respect to the first block body 4 due to the vibration of the vibration body (see FIG. 6B), that is, a magnetostrictive rod.
  • the beam member 73 is deformed so as to extend in the axial direction, and the magnetostrictive rod 2 is deformed so as to contract in the axial direction.
  • the beam member 73 is contracted in the axial direction.
  • the magnetostrictive rod 2 is deformed so as to extend in the axial direction.
  • 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 (the density of magnetic lines of force penetrating the lumen of the coil 3 in the axial direction) changes.
  • a voltage is generated in the coil 3.
  • the power generation device 1 is configured such that the distance between the magnetostrictive rods 2 and 2 and the beam member 73 (hereinafter also referred to as “beam interval”) decreases from the proximal end toward the distal end in a side view.
  • the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 have a beam structure (taper beam structure) in which a taper is applied from the proximal end to the distal end (see FIG. 3B).
  • the pair of beams composed of the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 has a lower rigidity in the displacement direction (vertical direction) from the proximal end toward the distal end.
  • the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 can be smoothly displaced in the vertical direction. Variation in the thickness direction of the generated stress can be reduced. Thereby, a uniform stress can be generated in the magnetostrictive rod 2, and the power generation efficiency of the power generator 1 can be improved.
  • the beam interval between the magnetostrictive rods 2 and 2 and the beam member 73 can be freely designed. Specifically, by adjusting the length (height) from the slit 411 provided in the first block body 4 to the upper surface (the upper surface of the high back portion 41), the beam spacing on the proximal end side can be freely set. The beam spacing between the magnetostrictive rods 2 and 2 and the beam member 73 can be designed freely.
  • the present inventors have elucidated the relationship between the beam interval of a pair of beams and the stress generated when an external force is applied to the tip thereof. From the following examination results, each beam is reduced by reducing the beam interval. It is known that almost uniform stress occurs in
  • FIG. 7 is a side view schematically showing a state in which an external force is applied downward to the tip of one bar (one beam) whose base end is fixed to the casing.
  • FIG. 8 is a side view schematically showing a state in which an external force is applied downward to the distal ends of a pair of opposed parallel beams (parallel beams) whose base ends are fixed to the casing.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing stress (elongation stress, contraction stress) applied to a pair of parallel beams to which an external force is applied to the tip.
  • FIGS. 7 to 9 The upper side in FIGS. 7 to 9 is referred to as “upper” or “upper side”, and the lower side in FIGS. 7 to 9 is referred to as “lower” or “lower side”. Further, the left side in FIGS. 7 to 9 is referred to as a “base end”, and the right side in FIGS. 7 to 9 is referred to as a “tip”.
  • each beam is deformed into a substantially S shape as shown in FIG. 9 due to a mixture of bending deformation and deformation due to parallel link operation.
  • a uniform extension stress is generated in the upper beam.
  • the extension stress A is generated in the center as shown in FIG.
  • a large shrinkage stress B is generated in the lower part on the side and the upper part on the tip side.
  • a uniform shrinkage stress is generated in the lower beam.
  • a contraction stress B is generated in the central portion
  • a large elongation stress A is generated in the upper portion on the proximal end side and the lower portion on the distal end side. .
  • the magnitude of the generated stress (elongation stress or contraction stress) and the amount of change in magnetic flux density have the following relationship.
  • FIG. 10 shows an applied magnetic field (H) and magnetic flux density (B) according to the stress generated in a magnetostrictive rod composed of a magnetostrictive material whose main component is an iron-gallium alloy (Young's modulus: about 70 GPa). ).
  • FIG. 10A is a state in which no stress is generated in the magnetostrictive rod
  • FIG. 10B is a state in which a contraction stress of 90 MPa is generated in the magnetostrictive rod
  • FIG. 10C is an extension of 90 MPa in the magnetostrictive rod.
  • a state in which stress is generated (d) shows a state in which a 50 MPa contraction stress is generated in the magnetostrictive rod
  • the magnetic permeability of the magnetostrictive rod in which elongational stress is generated is higher than that of the magnetostrictive rod in the state where no stress is generated. (Magnetic flux density) increases ((c) and (e)).
  • Magnetic flux density increases ((c) and (e)).
  • a magnetostrictive rod in which a contraction stress is generated has a lower magnetic permeability, resulting in a lower magnetic flux density passing therethrough ((b) and ( d)).
  • the other end is vibrated (displaced) with respect to one end of the magnetostrictive rod, thereby causing the magnetostrictive rod to have an extension stress of 90 MPa and a contraction stress of 90 MPa.
  • the amount of change in the magnetic flux density passing through this is about 1 T, and the amount of change is maximized (see (b) and (c)).
  • the elongation stress and the contraction stress generated in the magnetostrictive rod are reduced to 50 MPa, the amount of change in the magnetic flux density passing through this is reduced (see (d) and (e)).
  • the amount of change in magnetic flux density passing through the magnetostrictive rod can be sufficiently increased by alternately generating an extension stress of 70 MPa and a contraction stress of 70 MPa. it can.
  • the present inventors have made the variation remaining in the thickness direction at both ends of the magnetostrictive rod 2 by making the beam interval between the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 smaller at the tip than at the base end. Has been found to be able to be made smaller, and the present invention has been achieved.
  • the volume of the coil 3 is not limited by the beam spacing between the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73, so that the beam spacing between the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 is sufficiently large while the volume of the coil 3 is sufficiently large. Can be designed to be sufficiently small. Thereby, it is possible to make the stress generated in the magnetostrictive rod 2 more uniform while increasing the volume of the coil 3, and to improve the power generation efficiency of the power generation apparatus 1.
  • the pair of beams including the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 have low rigidity in the displacement direction from the proximal end toward the distal end, and therefore, even with a relatively small external force, the magnetostrictive rod 2. Can be greatly deformed in the vertical direction.
  • the angle (taper angle) formed by the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 in side view is not particularly limited, but is preferably about 0.5 to 10 °, and preferably about 1 to 7 °. More preferred. If the angle formed by the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 is within the above range, the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 on the proximal end side constitute the tapered beam structure with the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73. Can be made sufficiently small. Thereby, a uniform stress can be generated by the magnetostrictive rod 2.
  • the connecting portion 7 is preferably made of a weak magnetic material or a nonmagnetic material, but it is more preferably made of a nonmagnetic material from the viewpoint of more reliably preventing a short circuit of the magnetic field loop.
  • the spring constant of such a beam member 73 may be different from the spring constant of each magnetostrictive rod 2, but preferably the total of the spring constants of all the magnetostrictive rods 2, that is, the spring constant of the two magnetostrictive rods 2. It is preferable to have a combined value.
  • the two magnetostrictive rods 2 and the one beam member 73 function as a pair of opposed beams. Therefore, by using the beam member 73 (the connecting portion 7) that satisfies such conditions, it is possible to make the vertical rigidity uniform between the beam member 73 and the two magnetostrictive rods 2. As a result, the second block body 5 can be smoothly and reliably displaced in the vertical direction with respect to the first block body 4.
  • each magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 have substantially the same cross-sectional area and cross-sectional shape, their secondary moments are substantially equal. Further, the lengths of the magnetostrictive rods 2 and the beam members 73 are substantially equal. Therefore, according to the above equation (2), in the power generator 1 in which the number of components of the beam member 73 is one and the number of components of the magnetostrictive rod 2 is two, the Young's modulus of the beam member 73 is set to be equal to that of the magnetostrictive rod 2. The Young's modulus is preferably about twice. Thereby, each beam (the beam member 73, the two magnetostrictive rods 2) is similarly deformed (bent) by an external force, in other words, the vertical rigidity of each beam can be balanced.
  • the Young's modulus of such a beam member 73 is preferably about 80 to 200 GPa, more preferably about 100 to 190 GPa, and further preferably about 120 to 180 GPa.
  • Such a non-magnetic material is not particularly limited, and examples thereof include 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.
  • a nonmagnetic material whose main component is a metal material and a nonmagnetic material whose main component is at least one of stainless steel, beryllium copper, aluminum, magnesium, zinc, copper, and alloys containing them. More preferably, a magnetic material is used.
  • Such a beam member 73 has a substantially constant thickness (cross-sectional area).
  • the average thickness of the beam member 73 is not particularly limited, but is preferably about 0.3 to 10 mm, and more preferably about 0.5 to 5 mm. Further, the average cross-sectional area of the beam member 73 is preferably about 0.2 to 200 mm 2 , and more preferably about 0.5 to 50 mm 2 .
  • the air conditioning duct to which the power generator 1 is attached for example, steam, water, fuel oil, gas (air, fuel gas, etc.) is moved (exhaust, ventilation, intake, waste liquid, circulation) through pipes and ducts.
  • It is a device and includes air conditioning ducts for large facilities, buildings, stations, and the like.
  • the vibrating body to which the power generation device 1 is attached is not limited to such an air conditioning duct, and includes, for example, a transport machine (freight train, automobile, truck bed), rails (sleepers) constituting a track, highways and tunnels. Wall panel, bridge, equipment such as pump and turbine.
  • the vibration generated in these vibrators is unnecessary for the movement of the target medium (in the case of an air conditioning duct, the gas passing through the duct), which may cause noise and unpleasant vibration. It has become.
  • the unnecessary vibration kinetic energy
  • the unnecessary vibration can be converted (regenerated) as electric energy.
  • the obtained electrical energy is used as a power source for sensors, wireless devices, etc., and the illuminance, temperature, humidity, pressure, and noise of the facility living space are measured, and the detection data is transmitted by the wireless device for various control signals and monitoring. It can be used as a signal. It can also be used as a system for monitoring the state of each part of the vehicle (for example, a tire air pressure sensor, a seat belt wearing detection sensor). Further, by converting unnecessary vibration into electric power in this way, an effect of reducing noise from the vibrating body and unpleasant vibration can be obtained.
  • a structure that directly applies external force to the tip (second block body 5) of the power generation apparatus 1 is added and combined with a radio apparatus.
  • Such a switch functions without wiring the power supply and signal lines.
  • it is used for a home lighting wireless switch, a home security system (especially a system that wirelessly detects the operation of windows and doors), etc. Can do.
  • the power generation amount of the power generator 1 is not particularly limited, but is preferably about 20 to 2000 ⁇ J. If the power generation amount (power generation capacity) of the power generation device 1 is within the above range, for example, by combining with a wireless device, it can be effectively used for the above-described home illumination wireless switch, home security system, and the like.
  • FIG. 11 is a perspective view showing a power generator having a configuration in which a part of the configuration of the power generator shown in FIG. 1 is changed so that the beam spacing between the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 is parallel from the proximal end toward the distal end. is there.
  • the second block body 5 has a substantially rectangular parallelepiped shape, similar to the first block body 4, at the base end side, at the approximate center in the thickness direction, and in the width direction.
  • the slit 501 is formed along the line.
  • the tip 22 of the magnetostrictive rod 2 is inserted into the slit 501.
  • the power generating device 1 ′ is configured such that the length from the upper surface of the second block body 5 to the slit 501 is substantially equal to the length from the upper surface of the high-profile portion 41 of the first block body 4 to the slit 411.
  • the second connecting member 72 is screwed to the upper surface of the second block body 5 by the male screw 53 at substantially the same height as the first connecting member 71.
  • FIG. 12A is an analysis diagram in which the stress generated in the magnetostrictive rod and the beam member of the power generator shown in FIG. 11 is analyzed
  • FIG. 12B is the magnetostriction of the power generator of the first embodiment shown in FIG. It is the analysis figure which analyzed the stress which generate
  • the black-painted portion indicates elongation stress
  • the white-painted portion indicates contraction stress.
  • the beam member 73 may be configured to apply an initial load (bias stress) to the magnetostrictive rod 2.
  • the magnetostrictive rod 2 is given an extensional stress in a natural state.
  • the magnetostrictive rod 2 is displaced upwardly more than when no bias stress is applied.
  • the elongation stress generated in the magnetostrictive rod 2 can be further increased, and the power generation efficiency of the power generation apparatus 1 can be further improved.
  • the magnetostrictive rod 2 is given a contraction stress in a natural state.
  • the magnetostrictive rod 2 is displaced more downward than when no bias stress is applied.
  • rod 2 can be enlarged more, and the electric power generation efficiency of the electric power generating apparatus 1 can further be improved.
  • the electric power generating apparatus 1 of this embodiment it arrange
  • the structure which overlaps with 73 may be sufficient.
  • the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 do not overlap in plan view, but the end of the coil 3 and the end of the beam member 73 may overlap.
  • the space between the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 is made sufficiently small within a range in which the coil 3 and the beam member 73 are not in contact with each other while ensuring a sufficient winding space for the coil 3. It is possible to obtain the same effect as that obtained by the power generation device 1.
  • the two magnetostrictive rods 2 and 2 and the one beam member 73 are provided as a beam which opposes, it is not limited to this, It is set as the following structures. You can also.
  • FIG. 13 is a plan view showing another configuration example of the power generation device according to the first embodiment of the present invention.
  • the connecting portion 7 includes two beam members 73 that connect both ends in the longitudinal direction of the first connecting member 71 and the second connecting member 72.
  • each beam member 73 is disposed outside the magnetostrictive rod 2, the distance between the magnetostrictive rods 2 and 2 is reduced while increasing the volume of the coil 3, and the width of the power generator 1 is increased.
  • the size of the direction (vertical direction in FIG. 11) can be reduced. Even with such a configuration, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained.
  • the power generator 1 can take a configuration including two or more magnetostrictive rods 2 and one or more beam members 73.
  • rod 2 and the beam member 73 it is preferable that the total number becomes an odd number.
  • the magnetostrictive rod 2 functioning as a beam and the beam member 73 are arranged symmetrically in the width direction of the power generator, the stress applied to the magnetostrictive rod 2, the block bodies 4, 5, and the connecting portion 7 is reduced. Balance becomes good.
  • the spring constant of the beam member 73 is A [N / m]
  • the number of the beam members 73 is X [lines]
  • the spring constant of the magnetostrictive rod 2 is B [N / m].
  • the value of A ⁇ X and the value of B ⁇ Y are preferably substantially equal.
  • each member is not limited to the above method.
  • each member may be fixed and connected by a method such as press fitting of a pin, welding, or adhesion using an adhesive.
  • FIG. 14 is a perspective view showing a second embodiment of the power generator of the present invention.
  • the upper side in FIG. 14 is referred to as “upper” or “upper”, and the lower side in FIG. 14 is referred to as “lower” or “lower”. Further, the right rear side of the paper surface in FIG. 14 is referred to as “tip”, and the left front side of the paper surface in FIG. 14 is referred to as “base end”.
  • the power generation device of the second embodiment will be described with a focus on differences from the power generation device of the first embodiment, and description of similar matters will be omitted.
  • the power generator 1 shown in FIG. 14 includes a magnetostrictive rod 2 and a beam member 73 each having a coil 3 wound around the outer periphery, a connecting yoke 46 and a connecting yoke 56 that connect these base end portions and tip end portions, respectively.
  • the yoke 8 provided with the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73, and two permanent magnets 6 provided between the connecting yoke 46 and the yoke 8 and between the connecting yoke 56 and the yoke 8 are provided.
  • the base-side connection yoke 46 is fixed to the support portion 47
  • the distal-side connection yoke 56 is fixed to a weight portion (mass portion) 57.
  • the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 are provided side by side in the thickness direction, and the beam spacing between the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 is similar to that of the power generation device 1 of the first embodiment. , And is configured to become smaller from the proximal end toward the distal end.
  • each member described in the first embodiment can be used.
  • the connecting yoke 46 is connected to the proximal end portion 21 of the magnetostrictive rod 2 and the proximal end portion of the beam member 73.
  • the connecting yoke 46 is formed with two upper and lower slits 461 and 462, the base end 21 of the magnetostrictive rod 2 is inserted into the lower slit 461, and the base end of the beam member 73 is inserted into the upper slit 462. Inserted and fixed by pin 463.
  • the connecting yoke 46 is fixed to the support portion 47 on the base end side.
  • the support portion 47 has a flat plate shape, and a groove portion 471 penetrating in the width direction is formed substantially at the center on the tip side.
  • the connecting yoke 46 is inserted and fixed in the groove 471.
  • the base end of the support portion 47 is fixed to the vibrating body, so that the magnetostrictive rod 2 is cantilevered with the base end as a fixed end and the tip as a movable end.
  • the connecting yoke 56 is connected to the distal end portion 22 of the magnetostrictive rod 2 and the distal end portion of the beam member 73.
  • the connecting yoke 56 is formed with two upper and lower slits 561, 562, the distal end portion 22 of the magnetostrictive rod 2 is inserted into the lower slit 561, and the proximal end portion of the beam member 73 is inserted into the upper slit 562. And fixed by a pin 563.
  • connection yoke 56 the separation distance between the slits 561 and 562 is shorter than the separation distance between the slits 461 and 462 of the connection yoke 46, whereby the beam distance between the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 is It becomes smaller from the proximal end to the distal end.
  • the connecting yoke 56 is fixed to the weight portion 57 on the tip side.
  • the weight portion 57 has a flat plate shape, and a groove portion 571 penetrating in the width direction is formed in the approximate center of the base end side.
  • the connecting yoke 56 is inserted and fixed in the groove portion 571.
  • the weight portion 57 together with the connecting yoke 56, functions as a weight that imparts external force and vibration to the magnetostrictive rod 2. Due to the vibration of the vibrating body, an external force or vibration in the vertical direction is applied to the second block body 5. As a result, the magnetostrictive rod 2 has its base end as a fixed end, and the tip reciprocates vertically (the tip is displaced relative to the base end).
  • the constituent materials of the connecting yokes 46 and 56, the support portion 47, and the weight portion 57 are the same materials as the various materials constituting the first block body 4 and the second block body 5 in the first embodiment described above. Can be used.
  • the yoke 8 has a long flat plate shape and is provided side by side with the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 in the width direction.
  • the constituent material of the yoke 8 the same materials as the various materials constituting the first block body 4 and the second block body 5 in the first embodiment described above can be used.
  • the permanent magnet 6 has a cylindrical shape.
  • a constituent material of such a permanent magnet 6 the same material as the permanent magnet 6 of the first embodiment described above can be used.
  • the permanent magnet 6 provided between the connecting yoke 46 and the yoke 8 is disposed with the S pole on the connecting yoke 46 side and the N pole on the yoke 8 side.
  • the permanent magnet 6 provided between the connecting yoke 56 and the yoke 8 is arranged with the south pole on the yoke 8 side and the north pole on the connecting yoke 56 side. As a result, a magnetic field loop around the clock is formed in the power generation device 1.
  • the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 are provided side by side in the thickness direction, the volume of the coil 3 wound around the magnetostrictive rod 2 is limited. Similar to the power generation apparatus 1, the beam spacing between the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 is configured to decrease from the proximal end toward the distal end. Therefore, when an external force is applied to the weight portion 57, the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 can be smoothly displaced in the displacement direction (vertical direction), and as a result, the thickness direction of the stress generated in the magnetostrictive rod 2 The variation in can be reduced. Thereby, a uniform stress can be generated in the magnetostrictive rod 2, and the power generation efficiency of the power generator 1 can be improved.
  • the coil 3 may be wound around the outer periphery of the yoke 8 instead of being wound around the magnetostrictive rod 2.
  • the magnetic flux density in the magnetostrictive rod 2 changes, the magnetic flux density passing through the yoke 8 changes in the same manner, so that a voltage can be generated in the coil 3 in the same manner as the power generation apparatus 1 having the above configuration.
  • the distance between the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 and the yoke 8 can be increased by increasing the width of each of the connecting yokes 46 and 56 and increasing the thickness of each permanent magnet. Therefore, the coil volume can be increased as in the power generation device 1 of the first embodiment described above. Thereby, the power generation efficiency of the power generator 1 can be further improved.
  • each member can be fixed and connected by a method such as screwing, pin press-fitting, welding, adhesion using an adhesive, or the like.
  • the power generation device 1 according to the second embodiment produces the same operations and effects as those of the power generation device 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 15 is a perspective view showing a third embodiment of the power generator of the present invention.
  • FIG. 16A and FIG. 16B are perspective views showing a bobbin of a coil provided in the power generation device shown in FIG.
  • FIG. 17A and FIG. 17B are perspective views showing a magnetostrictive rod and a coil included in the power generation apparatus shown in FIG.
  • FIG. 17 (c) is a perspective view showing a cross section of the magnetostrictive rod and coil of FIG. 17 (a) cut along line BB.
  • FIG. 18A is a side view for explaining a state in which the power generation device shown in FIG. 15 is attached to the vibrating body.
  • 18B is a longitudinal sectional view (a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 15) of the power generation device shown in FIG. 15 attached to the vibrating body.
  • FIG. 15 the upper side in FIG. 15, FIG. 16 (a), (b), FIG. 17 (a), (b), (c) and FIG.
  • it is referred to as “upward”
  • the lower side in FIGS. 15, 16 (a), (b), 17 (a), (b), (c) and 18 (a), (b) is referred to as “lower”.
  • the right front side in FIG. 15 and the right side in FIGS. 18A and 18B are referred to as “tip”.
  • the left rear side in FIG. 15 and the left side in FIGS. 18A and 18B are referred to as “base ends”.
  • FIG. 16A the bobbin tip side is shown to be the right front side of the page.
  • FIG. 16A the bobbin tip side is shown to be the right front side of the page.
  • the base end side of the bobbin is shown to be the right front side of the drawing.
  • the magnetostrictive rod and the tip of the coil are shown to be on the right front side of the drawing.
  • FIG.17 (b) it has shown so that the base end side of a magnetostriction stick
  • the power generation device of the third embodiment will be described focusing on the differences from the power generation devices of the first and second embodiments, and description of similar matters will be omitted.
  • the configuration of the coil 3 is different, and the rest is the same as the power generator 1 of the first embodiment. That is, in the power generator 1 of the present embodiment, the coil 3 is configured by the bobbin 32 disposed so as to surround the magnetostrictive rod 2 on the outer peripheral side of the magnetostrictive rod 2 and the wire 31 wound around the bobbin 32. Has been.
  • the bobbin 32 includes a long main body 33 around which the wire 31 is wound, and a first flange 34 connected to the base end of the main body 33. And a second flange 35 that is connected to the tip of the main body 33.
  • the bobbin 32 may have a configuration in which the members are connected by welding or the like, but it is preferable that the members are integrally formed.
  • the main body 33 includes a pair of long side plate portions 331 and 332, and a base plate side, a top plate portion 333 that connects upper end portions of the pair of side plate portions 331 and 332, and a bottom plate portion that connects lower end portions. 334.
  • each of the side plate portions 331 and 332, the upper plate portion 333, and the bottom plate portion 334 constituting the main body portion 33 has a flat plate shape.
  • the main body portion 33 has a square cylindrical portion defined by a pair of side plate portions 331, 332, an upper plate portion 333, and a bottom plate portion 334 on the base end side thereof.
  • the magnetostrictive rod 2 is inserted inside.
  • the distance between the pair of side plate portions 331 and 332 is designed to be larger than the width of the magnetostrictive rod 2, and the magnetostrictive rod 2 is disposed between the pair of side plate portions 331 and 332 while being spaced apart from each other. . Further, the interval between the upper plate portion 333 and the bottom plate portion 334 is configured to be substantially equal to the thickness of the magnetostrictive rod 2.
  • the magnetostrictive rod 2 is inserted between the upper plate portion 333 and the bottom plate portion 334, whereby a part of the base end side of the magnetostrictive rod 2 is held between the upper plate portion 333 and the bottom plate portion 334 ( FIG. 17 (c)).
  • the wire 31 is wound around the outer periphery of the main body 33 from the proximal end to the distal end.
  • a flat plate-like first flange portion 34 that is connected to the main body portion 33 (the side plate portions 331 and 332, the upper plate portion 333 and the bottom plate portion 334) is provided (FIG. 16 ( b)).
  • the 1st collar part 34 has comprised the substantially elliptical shape.
  • the first flange 34 is formed with a slit 341 through which the magnetostrictive rod 2 is inserted at a position where it is connected to the main body 33.
  • the shape of the slit 341 is formed to be substantially equal to the cross-sectional shape of the magnetostrictive rod 2.
  • the lower end portion 342 of the first flange portion 34 is configured to contact the vibrating body 100 when the power generation device 1 is attached to the vibrating body 100.
  • the first flange 34 is provided with a protrusion 36 that protrudes in the proximal direction from the first flange 34 at a position below the slit 341.
  • the portion above the protrusion 36 of the first flange 34 is in contact with the surface on the tip side of the first block body 4 (high profile portion 41), and the protrusion 36 is the first.
  • the bobbin 32 is attached to the magnetostrictive element 10 so as to be in contact with the bottom surface of the block body 4. Two grooves 361 formed along the width direction of the protrusion 36 are formed on the lower surface of the protrusion 36.
  • each groove 361 of the power generation apparatus 1 is fitted to the corresponding protrusion of the vibration body 100. Therefore, the power generation apparatus 1 can be easily installed at a predetermined position of the vibrating body 100. That is, positioning of the power generator 1 is facilitated.
  • a flat plate-like second collar portion 35 that is connected to the main body portion 33 (side plate portions 331 and 332) is provided on the distal end side of the main body portion 33 (see FIG. 16A).
  • the 2nd collar part 35 has comprised the substantially elliptical shape.
  • the second flange 35 is formed with a substantially rectangular opening 351 through which the magnetostrictive rod 2 is inserted at a position where the main body 33 (side plate portions 331 and 332) is connected.
  • the width of the opening 351 is substantially equal to the distance between the pair of side plate portions 331 and 332, and the distance from the upper end to the lower end of the opening 351 is substantially equal to the length of each side plate portion 331 in the short direction.
  • the lower end portion 352 of the second flange portion 35 is configured to contact the vibrating body 100 when the power generation device 1 is attached to the vibrating body 100. Further, the lower end portion 352 is formed with two projecting portions 353 projecting in the distal direction from both end portions in the width direction. The lower end portion 352 and the projection portion 353 support the bobbin 32 with respect to the vibrating body 100 together with the lower end portion 342 of the first flange portion 34. The second flange 35 is separated from the second block body 5 in a state where the bobbin 32 is attached to the magnetostrictive element 10.
  • the magnetostrictive rod 2 and the bobbin 32 or the wire 31 in the displacement (vibration) direction of the magnetostrictive rod 2 (vertical direction in FIG. 18B).
  • a gap is formed between the center of the bobbin 32 and the tip.
  • This gap is designed to have a size that does not cause interference between the magnetostrictive rod 2 and the bobbin 32 or the wire 31 when the magnetostrictive rod 2 is displaced by the vibration of the vibrating body 100, that is, a size larger than the amplitude of the magnetostrictive rod 2. ing. Therefore, the magnetostrictive rod 2 can vibrate without contacting the coil 3 (the wire 31 and the bobbin 32). With this configuration, it is possible to prevent energy loss due to friction between the magnetostrictive rod 2 and the coil 3.
  • the coil 3 (the wire 31 and the bobbin 32) is not deformed along with the deformation.
  • a wire rod or bobbin constituting a coil is a member having a large amount of energy loss due to its deformation, that is, a large loss factor. Therefore, in the power generation device 1 of the present embodiment, energy loss (structural attenuation) due to deformation of the wire 31 and the bobbin 32 of the coil 3 having a large loss coefficient is prevented. Further, in the power generation apparatus 1, the coil 3 having a large mass is not displaced accompanying the vibration of the magnetostrictive rod 2.
  • the mass of the coil 3 is not included as the mass of the vibration system that vibrates the magnetostrictive rod 2. Therefore, in the power generation device 1, it is possible to prevent a decrease in the vibration frequency of the magnetostrictive rod 2 (vibration system) as compared with a power generation device in which the coil is displaced together with the magnetostrictive rod. Thereby, it can prevent that the variation
  • the power generation device 1 it is possible to prevent energy loss due to friction between the magnetostrictive rod 2 and the coil 3 and energy loss due to deformation of the coil 3 having a large loss coefficient. Furthermore, it is possible to prevent a decrease in vibration frequency due to the displacement of the coil 3 having a large mass. Thereby, the vibration of the vibrating body 100 can be efficiently used for the deformation of the magnetostrictive rod 2 (magnetostrictive element 10), and as a result, the power generation efficiency of the power generation apparatus 1 can be improved.
  • the size of the gap formed in the bobbin 32 changes the length in the short direction of the pair of side plate portions 331 and 332, and changes the distance from the upper end to the lower end of the opening 351 in accordance with this change. Therefore, it can be set freely.
  • the material similar to the constituent material of the connection part 7 can be used, for example.
  • the power generation device 1 according to the third embodiment also produces the same operations and effects as the power generation devices 1 according to the first and second embodiments.
  • any configurations of the first to third embodiments can be combined.
  • One of the two permanent magnets can be omitted, and one or both of the permanent magnets can be replaced with an electromagnet.
  • the power generation device of the present invention may be configured to generate power using an external magnetic field (external magnetic field), omitting both permanent magnets.
  • the magnetostrictive rod and the beam member both have a rectangular cross-sectional shape, such as a circular shape, an elliptical shape, a triangular shape, a square shape, or a hexagonal shape. It may be a polygonal shape.
  • the permanent magnets of the above embodiments are all cylindrical, but may be prismatic, flat, or triangular.
  • the power generators 1 of the respective examples and comparative examples shown below have a length of 21.65 mm, a width of 3 mm, and a thickness of 0.5 mm excluding both end portions 21 and 22 of the magnetostrictive rod 2.
  • the beam member 73 had a width of 3 mm and a thickness of 0.5 mm.
  • Example 1 A power generator 1 (see FIG. 1) having the configuration shown in FIG. 1 was prepared.
  • Example 2 A power generator 1 (see FIG. 19) having the configuration shown in FIG. 19 was prepared.
  • a power generation device 1 (see FIG. 11) having the configuration shown in FIG. 11 was prepared.
  • the distance between the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 (the distance between the upper surface of the magnetostrictive rod 2 and the lower surface of the beam member 73 in a side view) was 2.0 mm.
  • 20 (a) to 20 (c) are graphs showing the stress along the longitudinal direction in each region in the thickness direction of the magnetostrictive rod 2 for the power generators 1 of the examples and comparative examples, respectively.
  • a positive value stress indicates an elongation stress
  • a negative value stress indicates a contraction stress.
  • Example 2 From comparison between Example 1 and Example 2, it can be seen that the stress generated in the magnetostrictive rod 2 is increased by reducing the beam interval between the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73.
  • the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 have a tapered beam structure, so that the variation in stress in the thickness direction of the magnetostrictive rod 2 is reduced. It can be seen that the stress generated in the magnetostrictive rod 2 is increased by reducing the beam spacing. Therefore, the thickness of the magnetostrictive rod 2 is increased while the average stress generated in the magnetostrictive rod 2 is increased in the configuration of the second embodiment in which the beam spacing between the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 at the proximal end is small and has a tapered beam structure. The variation in stress in the direction can be reduced.
  • each power generation device 1 of Examples 1 and 2 having a tapered beam structure is higher than the power generation device of a comparative example having a parallel beam structure, and in particular, the power generation efficiency of the power generation device 1 of Example 2 is high. There is a tendency.
  • the distance between the magnetostrictive rod and the beam member in a side view is configured to be smaller at the other end than at one end.
  • the rigidity in the displacement direction of the pair of beams including the magnetostrictive rod and the beam member is smaller at the other end than at one end.

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

　発電装置１は、軸方向に磁力線を通過させる磁歪棒２と、磁歪棒２に応力を付与する機能を有する梁部材７３と、磁力線が軸方向に通過するように配置されたコイル３とを有しており、側面視において、磁歪棒２と梁部材７３との間隔が、基端よりも先端において小さくなるように構成されている。かかる構成では、磁歪棒２と梁部材７３とからなる一対の梁の変位方向への剛性が一端よりも他端において小さくなる。このため、磁歪棒２の基端に対して先端を変位させると、磁歪棒２および梁部材７は変位方向に円滑に変位することができ、その結果、磁歪棒２に発生する応力の厚さ方向におけるバラつきを少なくすることができる。その結果、磁歪棒２に一様な応力を生じさせることができ、発電装置１の発電効率を優れたものとすることができる。

Description

発電装置
　本発明は、発電装置に関する。
　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装置が検討されている（例えば、特許文献１参照）。
　この発電装置は、例えば、平行に併設された一対の磁歪棒と、これらの磁歪棒を連結する連結ヨークと、各磁歪棒を囲むように設けられたコイルと、磁歪棒にバイアス磁界を印加する永久磁石およびバックヨークとを備えている。一対の磁歪棒は対向する平行な梁（平行梁）として機能し、この一対の磁歪棒の各軸方向に対して垂直な方向に、連結ヨークに外力を付与すると、一方の磁歪棒が伸長するように変形し、他方の磁歪棒が収縮するように変形する。このとき、各磁歪棒を通過する磁力線の密度（磁束密度）、すなわち、各コイルを貫く磁力線の密度が変化し、これにより、各コイルに電圧が発生する。
　かかる発電装置では、発電効率を向上する観点から、一方の磁歪棒には一様な伸長応力が選択的に生じ、他方の磁歪棒には一様な収縮応力が選択的に生じることが好ましい。
　しかしながら、各磁歪棒に生じる応力について解析すると、１つの磁歪棒に伸長応力と収縮応力との双方が生じてしまう。特に、１つの磁歪棒の各端部において、一方の面側と他方の面側とで逆の応力が発生し、その差も極めて大きくなる、すなわち、厚さ方向に発生する応力のバラつきが大きくなってしまう。したがって、１つの磁歪棒に一様な応力を生じさせることが難しい。このような構成では、各磁歪棒中の磁束密度の変化量を大きくすることができず、十分な発電量を得ることができない。
ＷＯ２０１１／１５８４７３
　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、磁歪棒に一様な応力を生じさせ、効率良く発電を行い得る発電装置を提供することにある。
　このような目的は以下の（１）～（１６）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少なくとも１つの磁歪棒と、
　前記磁歪棒に応力を付与する機能を有する梁部材と、
　前記磁力線が軸方向に通過するように配置され、そ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、
　前記磁歪棒の一端に対して他端を、その軸方向とほぼ垂直な方向に変位させて前記磁歪棒を伸縮させることにより、前記磁力線の密度を変化させて前記コイルに電圧を発生するように構成され、
　側面視において、前記磁歪棒と前記梁部材との間隔を前記一端よりも前記他端において小さくしたことを特徴とする発電装置。
　（２）　側面視において、前記磁歪棒と前記梁部材とのなす角度は、０．５～１０°である上記（１）に記載の発電装置。
　（３）　前記梁部材は、非磁性材料で構成されている上記（１）または（２）に記載の発電装置。
　（４）　側面視において、前記磁歪棒と前記梁部材とが重ならないよう配置されている上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の発電装置。
　（５）　前記少なくとも１つの磁歪棒は、併設された２つ以上の前記磁歪棒を有し、
　平面視において、各前記磁歪棒と前記梁部材とが重ならないよう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装置。
　（６）　平面視において、前記梁部材は、前記磁歪棒同士の間に配置されている上記（５）に記載の発電装置。
　（７）　前記コイルは、各前記磁歪棒の外周に巻回されており、
　平面視において、各前記コイルと前記梁部材とが重ならないよう配置されている上記（５）または（６）に記載の発電装置。
　（８）　前記コイルは、前記磁歪棒の外周側に、前記磁歪棒を囲むように配置されたボビンと、該ボビンに巻回された線材とを備え、
　前記磁歪棒と前記ボビンとの間には、少なくとも前記磁歪棒の前記他端側において空隙が形成されている上記（７）に記載の発電装置。
　（９）　各前記磁歪棒の前記他端の変位は、前記磁歪棒に振動を付与することによりなされ、前記空隙は、前記ボビンと振動する前記磁歪棒とが干渉しないようなサイズを有する上記（８）に記載の発電装置。
　（１０）　前記磁歪棒と前記梁部材との総数が奇数となるように構成されている上記（５）ないし（９）のいずれかに記載の発電装置。
　（１１）　着磁方向が、前記磁歪棒が併設された併設方向となるようにして配置された少なくとも１つの永久磁石を有し、
　該永久磁石は、各前記磁歪棒の一方の端部同士の間および各前記磁歪棒の他方の端部同士の間の少なくとも一方に配置されている上記（５）ないし（１０）のいずれかに記載の発電装置。
　（１２）　前記梁部材のバネ定数をＡ［ＧＰａ］、前記梁部材の数をＸ［本］とし、前記磁歪棒のバネ定数をＢ［ＧＰａ］、前記磁歪棒の数をＹ［本］としたとき、Ａ×Ｘの値とＢ×Ｙの値とがほぼ等しい上記（１）ないし（１１）のいずれかに記載の発電装置。
　（１３）　前記梁部材を構成する材料のヤング率を８０～２００ＧＰａとし、前記磁歪棒を構成する磁歪材料のヤング率を３０～１００ＧＰａとする上記（１）ないし（１２）のいずれかに記載の発電装置。
　（１４）　前記磁歪棒には、自然状態で前記梁部材により伸長応力または収縮応力が付与されている上記（１）ないし（１３）のいずれかに記載の発電装置。
　（１５）　前記コイルは、前記磁歪棒の外周に巻回されている上記（１）ないし（１４）のいずれかに記載の発電装置。
　（１６）　着磁方向が、前記磁歪棒の軸方向とほぼ直交するようにして配置された少なくとも１つの永久磁石を有する上記（１）ないし（１５）のいずれかに記載の発電装置。
　本発明によれば、側面視における磁歪棒と梁部材との間隔が、一端よりも他端において小さくなるように構成されている。かかる構成では、磁歪棒と梁部材とからなる一対の梁の変位方向への剛性が一端よりも他端において小さくなる。このため、磁歪棒の一端に対して他端を変位させると、磁歪棒および梁部材は変位方向に円滑に変位することができ、その結果、磁歪棒に発生する応力の厚さ方向におけるバラつきを少なくすることができる。これにより、磁歪棒に一様な応力を生じさせることができ、発電装置の発電効率を優れたものとすることができる。
図１は、本発明の発電装置の第１実施形態を示す斜視図である。 図２は、図１に示す発電装置の分解斜視図である。 図３（ａ）は、図１に示す発電装置の右側面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す各磁歪棒からコイルを取り除いた状態を示す図である。 図４は、図１に示す発電装置の平面図である。 図５は、図１に示す発電装置の正面図である。 図６（ａ）は、図１に示す発電装置（コイルは省略）を振動体に取り付けた状態を示す右側面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す発電装置の先端に対して、下方向に外力を付与した状態を示す図である。 図７は、基端が筐体に固定された１つの棒材（１つの梁）の先端に対して、下方向に外力を付与した状態を模式的に示す側面図である。 図８は、基端が筐体に固定された対向する一対の平行な梁（平行梁）の先端に対して、下方向に外力を付与した状態を模式的に示す側面図である。 図９は、先端に外力が付与された一対の平行梁にかかる応力（伸長応力、収縮応力）を模式的に示す図である。 図１０は、鉄－ガリウム系合金を主成分とする磁歪材料で構成された磁歪棒において、発生する応力に応じた、印加される磁場（Ｈ）と磁束密度（Ｂ）との関係を示すグラフである。 図１１は、図１に示す発電装置の一部の構成を変更し、磁歪棒と梁部材との梁間隔が基端から先端に向かって平行となる構成の発電装置を示す斜視図である。 図１２（ａ）は、図１１に示す発電装置の磁歪棒と梁部材とに発生する応力を解析した解析図である。図１２（ｂ）は、図１に示す第１実施形態の発電装置の磁歪棒と梁部材とに発生する応力を解析した解析図である。 図１３は、本発明の第１実施形態の発電装置の他の構成例を示す平面図である。 図１４は、本発明の発電装置の第２実施形態を示す斜視図である。 図１５は、本発明の発電装置の第３実施形態を示す斜視図である。 図１６（ａ）および図１６（ｂ）は、図１５に示す発電装置が備えるコイルのボビンを示す斜視図である。 図１７（ａ）および図１７（ｂ）は、図１５に示す発電装置が備える磁歪棒およびコイルを示す斜視図である。図１７（ｃ）は、図１７（ａ）の磁歪棒およびコイルをＢ－Ｂ線で切断した断面を示す斜視図である。 図１８（ａ）は、図１５に示す発電装置を振動体に取り付けた状態を説明するための側面図である。図１８（ｂ）は、振動体に取り付けた図１５に示す発電装置の縦断面図（図１５中のＡ－Ａ線断面図）である。 図１９は、本発明の第１実施形態の発電装置の他の構成例を示す側面図である。 図２０（ａ）は、実施例１の発電装置１の第２のブロック体５に対して下方向に外力を付与した際に、磁歪棒２の厚さ方向の各領域における長手方向に沿った応力を示すグラフ、図２０（ｂ）は、実施例２の発電装置１について、図２０（ａ）と同様の測定を行った結果を示すグラフ、図２０（ｃ）は、比較例の発電装置１について、図２０（ａ）と同様の測定を行った結果を示すグラフである。
　以下、本発明の発電装置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、本発明の発電装置の第１実施形態について説明する。
　図１は、本発明の発電装置の第１実施形態を示す斜視図である。図２は、図１に示す発電装置の分解斜視図である。図３（ａ）は、図１に示す発電装置の右側面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す各磁歪棒からコイルを取り除いた状態を示す図である。図４は、図１に示す発電装置の平面図である。図５は、図１に示す発電装置の正面図である。図６（ａ）は、図１に示す発電装置（コイルは省略）を振動体に取り付けた状態を示す右側面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す発電装置の先端に対して、下方向に外力を付与した状態を示す図である。
　なお、以下の説明では、図１、図２、図３（ａ），（ｂ）、図５および図６（ａ），（ｂ）中の上側および図４中の紙面手前側を「上」または「上方」と言い、図１、図２、図３（ａ），（ｂ）、図５および図６（ａ），（ｂ）中の下側および図４中の紙面奥側を「下」または「下方」と言う。また、図１および図２中の紙面右奥側および図３（ａ），（ｂ）、図４および図６（ａ），（ｂ）中の右側を「先端」と言い、図１および図２中の紙面左手前側および図３（ａ），（ｂ）、図４および図６（ａ），（ｂ）中の左側を「基端」と言う。
　図１および図２に示す発電装置１は、軸方向に磁力線を通過させる磁歪棒２と、磁歪棒２に応力を付与する機能を有する梁部材７３と、磁力線が軸方向に通過するように配置されたコイル３とを有している。この発電装置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（図１中、上下方向）に変位させて磁歪棒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３を貫く磁力線の密度）が変化することにより、コイル３に電圧が発生する。
　かかる発電装置１では、側面視において、磁歪棒２と梁部材７３との間隔が、基端よりも先端において小さくなるように構成されている。かかる構成では、磁歪棒２と梁部材７３とからなる一対の梁の変位方向への剛性が一端よりも他端において小さくなる。このため、磁歪棒２の基端に対して先端を変位させると、磁歪棒２および梁部材７３は変位方向に円滑に変位することができ、その結果、磁歪棒２に発生する応力の厚さ方向におけるバラつきを少なくすることができる。これにより、磁歪棒２に一様な応力を生じさせることができ、発電装置１の発電効率を優れたものとすることができる。
　以下、各部の構成について説明する。
　（磁歪棒２）
　本実施形態の発電装置１は、図１および図２に示すように、併設された２つの磁歪棒２、２を有している。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、この磁歪棒２は、長尺の平板状をなしており、その軸方向に磁力線を通過させる。
　このような磁歪棒２は、その厚さ（横断面積）が軸方向に沿ってほぼ一定となっている。磁歪棒２の平均厚さは、特に限定されないが、０．３～１０ｍｍ程度であるのが好ましく、０．５～５ｍｍ程度であるのがより好ましい。また、磁歪棒２の平均横断面積は、０．２～２００ｍｍ２程度であるのが好ましく、０．５～５０ｍｍ２程度であるのがより好ましい。かかる構成により、磁歪棒２の軸方向に磁力線を確実に通過させることができる。
　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、発電装置１（コイル３）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、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。
　かかる２つの磁歪棒２、２の外周には、それらの両端部２１、２２を除く部分を囲むようにコイル３が巻回（配置）されている。
　（コイル３）
　コイル３は、線材３１を磁歪棒２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３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３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。
　本実施形態の発電装置１では、磁歪棒２、２を厚さ方向ではなく、幅方向に併設するため、これらの間隔を大きく設計することができる。そのため、磁歪棒２に巻回するコイル３のスペースを十分に確保することができ、横断面積（線径）が比較的大きい線材３１を用いても、その巻き数を多くすることができる。線径が大きい線材は、その抵抗値（負荷インピーダンス）が小さく、効率良く電流を流すことができるため、コイル３に発生した電圧を効率良く利用することができる。
　ここで、磁歪棒２の磁束密度の変化に基づいて、コイル３に発生する電圧εは下記（１）式で表される。
　　　　　　　ε＝Ｎ×ΔＢ／ΔＴ　　　　　　（１）
（ただし、Ｎは線材３１の巻き数、ΔＢはコイル３の内腔部を通過する磁束の変化量、ΔＴは時間の変化量を表す。）
　このように、コイル３に発生する電圧は、線材３１の巻き数および磁歪棒２の磁束密度の変化量（ΔＢ／ΔＴ）に比例するため、線材３１の巻き数を多くすることにより、発電装置１の発電効率を向上させることができる。
　線材３１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３１の巻き数は、特に限定されないが、１０００～１００００程度であるのが好ましく、２０００～９０００程度であるのがより好ましい。これにより、コイル３に発生する電圧をより大きくすることができる。
　また、線材３１の横断面積は、特に限定されないが、５×１０－４～０．１５ｍｍ２程度であるのが好ましく、２×１０－３～０．０８ｍｍ２程度であるのがより好ましい。このような線材３１は、その抵抗値が十分に低いため、発生した電圧によってコイル３を流れる電流を効率良く外部に流すことができ、発電装置１の発電効率をより向上させることができる。
　なお、線材３１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。
　各磁歪棒２の基端側には、第１のブロック体４が設けられている。
　（第１のブロック体４）
　第１のブロック体４は、発電装置１を、振動を発生する振動体に固定するための固定部として機能する。第１のブロック体４を介して発電装置１を固定することにより、磁歪棒２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ている。なお、第１のブロック体４を取り付ける振動体としては、例えば、空調用ダクト等の各種振動体が挙げられる。振動体の具体例については、後述する。
　図１および図２に示すように、このような第１のブロック体４は、先端側の高背部４１と、この高背部４１よりも高さ（厚さ）が小さい低背部４２とを有しており、外形が階段状（段差状）をなしている。
　高背部４１の厚み方向の略中央には、その幅方向に沿って形成されたスリット４１１が設けられており、このスリット４１１に磁歪棒２の基端部２１が挿入される。また、高背部４１の幅方向の両端部には、その厚さ方向に貫通する一対の雌ネジ部４１２が設けられている。各雌ネジ部４１２には、雄ネジ４３が螺合する。
　低背部４２の幅方向の両端部には、その厚さ方向に貫通する一対の雌ネジ部４２１が設けられており、各雌ネジ部４２１には、雄ネジ４４が螺合する。この雄ネジ４４を、雌ネジ部４２１を介して筐体等に螺合することにより、第１のブロック体４を筐体に固定することができる。
　また、低背部４２の下面には、その幅方向に延在する溝４２２が形成されている。したがって、第１のブロック体４は、溝４２２を挟む基端側（低背部４２）と先端側（主に高背部４１）との２つの部位で振動体に固定されるため、溝４２２付近で撓み易い構成となる。そのため、振動体の振動を第１のブロック体４を介して磁歪棒２の先端側（第２のブロック体５）に効率良く伝達することができる。その結果、磁歪棒２に効率良く伸長応力または収縮応力を付与することができる。
　一方、磁歪棒２の先端側には、第２のブロック体５が設けられている。
　（第２のブロック体５）
　第２のブロック体５は、磁歪棒２に対して外力や振動を付与する錘として機能する部位である。振動体の振動により、第２のブロック体５に対して、上下方向への外力または振動が付与される。これにより、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。
　図１および図２に示すように、第２のブロック体５は、略直方体状をなしており、基端側に先端側よりも２段低くなるように階段状（段差状）に形成された段差部５５が形成されている。段差部５５は、基端側に磁歪棒２の先端部２２が載置される第１の段差面５５１と、第１の段差面５５１より先端側に第１の段差面５５１よりも１段高く設けられた第２の段差面５５２とを有している。なお、第２のブロック体５の第２の段差面５５２から第１の段差面５５１までの高さは、磁歪棒２の先端部２２の厚さとほぼ等しくなるように設定されている。
　また、段差部５５には、第１の段差面５５１の幅方向の両端付近に、その厚さ方向に貫通する一対の雌ネジ部５５３が形成されており、２つの雄ネジ５３と螺合するように構成されている。
　第１のブロック体４および第２のブロック体５の構成材料としては、それぞれ、磁歪棒２の端部２１、２２を確実に固定することができ、磁歪棒２に対して、一様な応力を付与し得る十分な剛性を備え、かつ、磁歪棒２に永久磁石６からのバイアス磁界を付与し得る強磁性を備える材料であれば、特に限定されない。上記の特性を備える材料としては、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、パ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、第１のブロック体４および第２のブロック体５の幅は、磁歪棒２の幅よりも大きく設計されている。具体的には、第１のブロック体４のスリット４１１に磁歪棒２の基端部２１を挿入し、また、第２のブロック体５の第１の段差面５５１に磁歪棒２の先端部２２を載置した際に、一対の雌ネジ部４１２、５５３間に磁歪棒２を配置することが可能となるような幅を有する。このような各ブロック体４、５の幅としては、３～１５ｍｍ程度であるのが好ましく、５～１０ｍｍ程度であるのがより好ましい。各ブロック体４、５の幅を上記範囲内とすることにより、発電装置１の小型化を図りながら、磁歪棒２に巻回されるコイル３の体積を十分に確保することができる。
　第１のブロック体４同士の間および第２のブロック体５同士の間には、磁歪棒２にバイアス磁界を印加する２つの永久磁石６が設けられている。
　（永久磁石６）
　各永久磁石６は、円柱状をなしている。
　図４に示すように、第１のブロック体４同士の間に設けられた永久磁石６は、Ｓ極を図４中下側に、Ｎ極を図４中上側にして配置されている。また、第２のブロック体５同士の間に設けられた永久磁石６は、Ｓ極を図４中上側に、Ｎ極を図４中下側にして配置されている。すなわち、各永久磁石６は、その着磁方向が磁歪棒２の併設方向と一致するように配設されている（図５等参照）。これにより、発電装置１には、時計周りの磁界ループが形成されている。
　永久磁石６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。このような永久磁石６は、各ブロック体４、５と、例えば、接着剤等による接着により固定されるのが好ましい。
　なお、発電装置１では、永久磁石６が、第２のブロック体５ごと、変位するように構成されている。したがって、第２のブロック体５と永久磁石６との間で摩擦が発生しない。このため、摩擦によって第２のブロック体５が変位するためのエネルギーが消費されないため発電装置１は、効率良く発電することができる。
　このような磁歪棒２、２は、各第１のブロック体４および各第２のブロック体５を介して連結部７により連結されている。
　（連結部７）
　連結部７は、第１のブロック体４同士を連結する第１の連結部材７１と、第２のブロック体５同士を連結する第２の連結部材７２と、第１の連結部材７１と第２の連結部材７２とを連結する１つの梁部材７３とを備えている。
　本実施形態では、第１の連結部材７１、第２の連結部材７２および梁部材７３は、いずれも帯状（長尺の平板状）をなしており、連結部７全体としては、平面視において、Ｈ字状をなしている。連結部７は、各部材を溶接等により連結した構成であってもよいが、各部材が一体的に形成されているのが好ましい。
　第１の連結部材７１は、各第１のブロック体４の高背部４１上面と当接し、また、第２の連結部材７２は、第２のブロック体５の第２の段差面５５２とその一部が当接するように構成されている。
　図３（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態の発電装置１では、側面視において、第１のブロック体４の高背部４１の上面の下面からの高さ（高背部４１における第１のブロック体４の厚さ）が、第２のブロック体５の第２の段差面５５２の下面からの高さ（第２の段差面５５２における第２のブロック体５の厚さ）よりも大きくなるように構成されている。そのため、磁歪棒２と第１の連結部材７１との離間距離が、磁歪棒２と第２の連結部材７２との離間距離よりも長くなるように構成されている。これにより、側面視において、第１の連結部材７１と第２の連結部材７２とを連結する梁部材７３と磁歪棒２との間隔は、基端から先端に向かって小さくなっている。
　このような連結部７は、例えば、平面視においてＨ字状の板材を用意し、プレス加工、曲げ加工または鍛造加工等により、梁部材７３に対して第１の連結部材７１と第２の連結部材７２とを反対方向に屈曲させることにより形成することができる。このような方法を用いることにより、第１の連結部材７１と梁部材７３とのなす角度および第２の連結部材７２と梁部材７３とのなす角度を容易かつ任意に調整することができる。
　第１の連結部材７１は、２つの第１のブロック体４に設けられた４つの雌ネジ部４１２に対応する位置に形成された４つの貫通孔７１１を備えている。スリット４１１に磁歪棒２の基端部２１を挿入し、雄ネジ４３を第１の連結部材７１の貫通孔７１１に挿通して雌ネジ部４１２に螺合する。これにより、第１の連結部材７１が第１のブロック体４の高背部４１にネジ止めされるとともに、スリット４１１の間隔が狭まることにより、基端部２１（磁歪棒２）が第１のブロック体４に固定される。
　第２の連結部材７２は、２つの第２のブロック体５に設けられた４つの雌ネジ部５５３に対応する位置に形成された４つの貫通孔７２１を備えている。第１の段差面５５１に磁歪棒２の先端部２２を載置するとともに、第２の連結部材７２の基端を第２の段差面５５２に当接した状態で、雄ネジ５３を貫通孔７１１に挿通し、雌ネジ部５５３に螺合する。これにより、第２の連結部材７２が第２のブロック体５にネジ止めされるとともに、第２の連結部材７２の底面と第１の段差面５５１との間で先端部２２が狭持されることにより、先端部２２（磁歪棒２）が第２のブロック体５に固定される。
　このように、雄ネジ４３により、磁歪棒２および第１の連結部材７１を第１のブロック体４に、雄ネジ５３により、磁歪棒２および第２の連結部材７２を第２のブロック体５に共締めするため、部材同士を固定、連結するための部品点数および組立工数を少なくすることができる。なお、接合方法は上述したようなネジ止めに限られず、接着剤による接着、ろう付け、レーザー溶接、電気溶接などでも良い。
　このような第１の連結部材７１および第２の連結部材７２の長さを、設定することにより、磁歪棒２、２同士の間隔を変更することができる。磁歪棒２、２同士の間隔を大きくすることにより、各磁歪棒２にコイル３を巻回するスペースを十分に確保することができる。これにより、コイル３の体積を十分に大きくすることができ、結果として、発電装置１の発電効率を向上させることができる。
　梁部材７３は、第１の連結部材７１および第２の連結部材７２の中央部同士を連結している。そして、発電装置１では、平面視において、この梁部材７３と磁歪棒２、２とが重ならないように配置され（図１参照）、側面視において、磁歪棒２、２と梁部材７３との間隔が、基端から先端に向かって小さくなるように構成されている（図３参照）。本実施形態では、梁部材７３の幅は、各磁歪棒２に巻回されたコイル３同士の間隔より小さく設計され、側面視において、梁部材７３は、先端側でコイル３と重なるように構成されている。
　発電装置１では、磁歪棒２、２と梁部材７３とが対向する梁として機能し、第２のブロック体５の変位に伴って、各磁歪棒２と梁部材７３とが同一方向（図１中の上方向または下方向）に変位する。その際に、各磁歪棒２には、梁部材７３によって応力が付与される。ここで、梁部材７３が、各磁歪棒２に巻回されたコイル３同士の間に配置されているため、各磁歪棒２が変位する際に、これと梁部材７３とが互いに接触することはない。
　このような発電装置１は、雄ネジ４４により第１のブロック体４が振動体の筐体１００に固定される（図６（ａ）参照）。この状態において、振動体の振動により、第１のブロック体４に対して、第２のブロック体５が下方に向かって変位（回動）すると（図６（ｂ）参照）、すなわち、磁歪棒２の基端に対して先端が下方に向かって変位すると、梁部材７３が軸方向に伸長するように変形し、磁歪棒２が軸方向に収縮するように変形する。一方、第２のブロック体５が上方に向かって変位（回動）すると、すなわち、磁歪棒２の基端に対して先端が上方に向かって変位すると、梁部材７３が軸方向に収縮するように変形し、磁歪棒２が軸方向に伸長するように変形する。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３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３に電圧が発生する。
　発電装置１では、上述したように、側面視において、磁歪棒２、２と梁部材７３との間隔（以下、「梁間隔」とも言う）が、基端から先端に向かって小さくなるように構成されている。言い換えれば、磁歪棒２と梁部材７３とが基端から先端にテーパーがかかった梁構造（テーパー梁構造）となっている（図３（ｂ）参照）。かかる構成では、磁歪棒２と梁部材７３とからなる一対の梁は、基端から先端に向かって変位方向（上下方向）への剛性が低くなる。これにより、発電装置１の先端（第２のブロック体５）に外力が付与されると、磁歪棒２および梁部材７３は上下方向に円滑に変位することができ、その結果、磁歪棒２に発生する応力の厚さ方向におけるバラつきを少なくすることができる。これにより、磁歪棒２に一様な応力を生じさせることができ、発電装置１の発電効率を優れたものとすることができる。
　また、発電装置１では、磁歪棒２、２と梁部材７３との梁間隔を自由に設計することができる。具体的には、第１のブロック体４に設けられたスリット４１１からその上面（高背部４１の上面）までの長さ（高さ）を調整することにより、基端側の梁間隔を自由に設計し、磁歪棒２、２と梁部材７３との梁間隔を自由に設計することができる。
　本発明者らにより、一対の梁の梁間隔と、その先端に外力を付与した際に発生する応力との関係が解明されており、以下の検討結果から、梁間隔を小さくすることによって各梁にほぼ一様な応力が発生することが分かっている。
　図７は、基端が筐体に固定された１つの棒材（１つの梁）の先端に対して、下方向に外力を付与した状態を模式的に示す側面図である。図８は、基端が筐体に固定された対向する一対の平行な梁（平行梁）の先端に対して、下方向に外力を付与した状態を模式的に示す側面図である。図９は、先端に外力が付与された一対の平行梁にかかる応力（伸長応力、収縮応力）を模式的に示す図である。
　なお、図７～図９中の上側を、「上」または「上側」と言い、図７～図９中の下側を、「下」または「下側」と言う。また、図７～図９中の左側を、「基端」と言い、図７～図９中の右側を、「先端」と言う。
　１つの梁の先端に対して下方に曲げ変形するように外力を付与した場合には、図７に示すように、梁の曲げ変形に伴い、梁に応力がかかり、梁上側には一様な引張（伸長）応力、梁下側には一様な圧縮（収縮）応力が発生する。一方、一定の梁間隔を有する平行梁の先端に対して外力を付与した場合には、各梁は、図７に示すように曲げ変形するとともに、図８に示すように外力の付与前後で先端側の梁間隔を一定に保つために平行リンク動作を行うように変形する。このような平行梁では、梁間隔が大きいほど、この平行リンク動作が顕著に表れ、逆に、梁間隔が小さいほど、平行リンク動作が抑制されて、図７に示すような１つの梁の曲げ変形に近い変形をするようになる。
　したがって、梁間隔が比較的大きい平行梁の構成では、曲げ変形と平行リンク動作による変形とが混在することにより、各梁が、図９に示すような略Ｓ字状に変形する。平行梁が下側に変形する際には、上側の梁には一様な伸長応力が発生するのが好ましいが、図９に示すように、中央部に伸長応力Ａが発生するものの、基端側の下部および先端側の上部に大きな収縮応力Ｂが発生する。また、下側の梁には一様な収縮応力が発生するのが好ましいが、中央部に収縮応力Ｂが発生するものの、基端側の上部および先端側の下部に大きな伸長応力Ａが発生する。すなわち、各梁に発生する伸長応力と収縮応力との双方がいずれも大きいため、梁全体に発生するいずれか一方の応力（伸長応力または収縮応力）の絶対値を大きくすることができない。このような平行梁として磁歪棒を用いた場合、磁歪棒中の磁束密度の変化量を大きくすることができない。
　なお、バイアス磁界が印加された磁歪棒において、発生する応力（伸長応力または収縮応力）の大きさと磁束密度の変化量とは、以下に示すような関係を有する。
　図１０は、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で構成された磁歪棒において、発生する応力に応じた、印加される磁場（Ｈ）と磁束密度（Ｂ）との関係を示すグラフである。
　なお、図１０において、（ａ）は、磁歪棒に応力が発生していない状態、（ｂ）は、磁歪棒に９０ＭＰａの収縮応力が発生した状態、（ｃ）は、磁歪棒に９０ＭＰａの伸長応力が発生した状態、（ｄ）は、磁歪棒に５０ＭＰａの収縮応力が発生した状態、（ｅ）は、磁歪棒に５０ＭＰａの伸長応力が発生した状態をそれぞれ示す。
　図１０に示すように、応力が発生していない状態の磁歪棒に比べて、伸長応力が発生している磁歪棒では、その透磁率が高くなる結果、これを軸方向に通過する磁力線の密度（磁束密度）が高くなる（（ｃ）および（ｅ））。一方、応力が発生していない状態の磁歪棒に比べて、収縮応力が発生している磁歪棒では、その透磁率が低くなる結果、これを通過する磁束密度が低くなる（（ｂ）および（ｄ））。
　このため、図１０中に示す一定のバイアス磁界が印加された状態で、磁歪棒の一端に対して他端を振動（変位）させることにより、磁歪棒に９０ＭＰａの伸長応力と９０ＭＰａの収縮応力とを交互に発生させると、これを通過する磁束密度の変化量は１Ｔ程度となり、その変化量が最大となる（（ｂ）、（ｃ）参照）。一方、この磁歪棒に発生させる伸長応力および収縮応力を５０ＭＰａに低下させると、これを通過する磁束密度の変化量は小さくなる（（ｄ）、（ｅ）参照）。
　したがって、磁歪棒を通過する磁束密度の変化量を大きくするためには、磁歪棒に発生させる一定方向の応力（伸長応力または収縮応力）を十分に大きくする必要がある。なお、上記磁歪材料で構成された磁歪棒であれば、７０ＭＰａの伸長応力と７０ＭＰａの収縮応力とを交互に発生させることにより、磁歪棒を通過する磁束密度の変化量を十分に大きくすることができる。
　以上の検討結果から、磁歪棒と梁部材とが一対の平行梁をなすような発電装置では、磁歪棒と梁部材との梁間隔を小さくして、梁の平行リンク動作を抑制することにより、図７に示すような１つの梁の曲げ変形挙動に近づけることが、発電効率を向上する観点から望ましい。
　ところが、磁歪棒と梁部材との梁間隔を小さくすることにより、磁歪棒に発生する応力の均一化を向上させることができるものの、本発明者らによって、その両端部においては、磁歪棒の厚さ方向に応力のバラつきが残存することが分かった。
　そこで本発明者らは、さらに検討した結果、磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔を基端よりも先端において小さくすることにより、磁歪棒２の両端部における厚さ方向に残存するバラつきをも小さくすることができることを見出し、本発明に至った。
　以上のような理由から、発電装置１では、磁歪棒２、２と梁部材７３とをテーパー梁構造としながら、磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔を小さくして、図７に示すような１つの梁の曲げ変形挙動に近づけることが、その発電効率を向上する観点から望ましい。発電装置１では、コイル３の体積が、磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔によって制限されないため、コイル３の体積を十分に大きくしながらも、磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔を十分に小さく設計することができる。これにより、コイル３の体積を増大させつつも、磁歪棒２に生じる応力をより均一にすることができ、発電装置１の発電効率を優れたものとすることができる。
　また、発電装置１では、磁歪棒２と梁部材７３とからなる一対の梁が、基端から先端に向かって変位方向への剛性が低くなっているため、比較的小さい外力でも、磁歪棒２を上下方向に大きく変形させることができる。
　なお、側面視において、磁歪棒２と梁部材７３とのなす角度（テーパー角度）は、特に限定されないが、０．５～１０°程度であるのが好ましく、１～７°程度であるのがより好ましい。磁歪棒２と梁部材７３とのなす角度が上記範囲内であれば、磁歪棒２と梁部材７３とで上記テーパー梁構造を構成しつつも、基端側における磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔を十分に小さくすることができる。これにより、磁歪棒２により一様な応力を発生させることができる。
　このような連結部７の構成材料としては、磁歪棒２、２および永久磁石６、６とで形成された磁界ループが連結部７（梁部材７３）により短絡するのを防止する材料が好ましい。そのため、連結部７は、弱磁性材料または非磁性材料で構成されているのが好ましいが、磁界ループの短絡をより確実に防止する観点から、非磁性材料で構成されているのがより好ましい。
　このような梁部材７３のバネ定数は、各磁歪棒２のバネ定数と異なっていてもよいが、好ましくは、全磁歪棒２のバネ定数の合計、すなわち、２つの磁歪棒２のバネ定数を合わせた値を有していることが好ましい。上述したように、本実施形態では、２つの磁歪棒２と１つの梁部材７３とが、対向する一対の梁として機能している。そのため、かかる条件を満足する梁部材７３（連結部７）を用いることにより、梁部材７３と２つの磁歪棒２との間で上下方向の剛性を均一にすることができる。これにより、第１のブロック体４に対して第２のブロック体５を上下方向へ円滑かつ確実に変位させることができる。
　また、一般的に、一端が固定された片持ち梁の可動端（他端）に対して外力Ｆが付与された際、梁の撓みｄは、下記（２）式で表される。
　　　　　　　ｄ＝ＦＬ３／３ＥＩ　　　　　　（２）
（ただし、Ｌは梁の長さ、Ｅは梁の構成材料のヤング率、Ｉは梁の断面２次モーメントを表す。）
　発電装置１では、各磁歪棒２と梁部材７３とが、ほぼ同じ横断面積および横断面形状を有しているため、これらの断面２次モーメントはほぼ等しい。また、各磁歪棒２と梁部材７３との長さもほぼ等しい。そのため、上記（２）式によれば、梁部材７３の構成数が１本であり、磁歪棒２の構成数が２本である発電装置１では、梁部材７３のヤング率を磁歪棒２のヤング率の２倍程度とすることが好ましい。これにより、外力によって各梁（梁部材７３、２つの磁歪棒２）が同じように変形する（撓む）、言い換えれば、各梁の上下方向の剛性のバランスを取ることができる。
　また、このような梁部材７３のヤング率は、８０～２００ＧＰａ程度であるのが好ましく、１００～１９０ＧＰａ程度であるのがより好ましく、１２０～１８０ＧＰａ程度であるのがさらに好ましい。
　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、ステンレス鋼、ベリリウム銅、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。
　なお、各磁歪棒２の構成材料として鉄－ガリウム系合金（ヤング率：約７０ＧＰａ）を主成分とする磁歪材料を用いた場合には、連結部７の構成材料としてステンレス鋼（ＳＵＳ３１６、ヤング率：約１７０ＧＰａ）を用いるのが好ましい。各磁歪棒２および梁部材７３の構成材料として、このようなヤング率を有する材料を用いることにより、梁部材７３と２つの磁歪棒２との上下方向の剛性のバランスを取ることができる。これにより、第１のブロック体４に対して第２のブロック体５を上下方向へより円滑かつ確実に変位させることができる。
　このような梁部材７３は、その厚さ（横断面積）がほぼ一定となっている。梁部材７３の平均厚さは、特に限定されないが、０．３～１０ｍｍ程度であるのが好ましく、０．５～５ｍｍ程度であるのがより好ましい。また、梁部材７３の平均横断面積は、０．２～２００ｍｍ２程度であるのが好ましく、０．５～５０ｍｍ２程度であるのがより好ましい。
　なお、発電装置１を取り付ける上記空調用ダクトとしては、例えば、蒸気、水、燃料油、気体（空気、燃料ガス等）等をパイプやダクトを通して移動（排気、換気、吸気、廃液、循環）させる装置であり、大型施設、ビル、駅等の空調用ダクトが挙げられる。また、発電装置１を取り付ける振動体としては、このような空調用ダクトに限られず、例えば、輸送機（貨物列車や自動車、トラックの荷台）、線路を構成するレール（枕木）、高速道路やトンネルの壁面パネル、架橋、ポンプやタービン等の機器等が挙げられる。
　これらの振動体に発生する振動は、目的とする媒体（空調用ダクトの場合、ダクト内を通過する気体等）の移動には不必要な振動であり、騒音や不快な振動を発生させる原因となっている。このような振動体に上記発電装置１を取り付けることにより、この不必要な振動（運動エネルギー）を電気エネルギーとして変換（回生）して得ることができる。
　この得られた電気エネルギーをセンサー、無線装置等の電源に用いて、施設居住空間の照度、温度、湿度、圧力、騒音を計測し、無線装置で検出データを送信して、各種制御信号やモニタリング信号として利用することができる。また、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）としても利用することができる。また、このように不必要な振動を電力に変換することで、振動体からの騒音や不快な振動を軽減する効果も得られる。
　また、上記のような振動体からの振動を回生する以外にも、発電装置１の先端（第２のブロック体５）に直接外部から力を与える構造を付加し、無線装置と組み合わせることで人が操作するスイッチとして用いることができる。このようなスイッチは、電源、信号線の配線をしなくとも機能し、例えば、住宅照明用無線スイッチ、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。
　また、車両の各スイッチに発電装置１を応用することで、電源、信号線の配線がなくなり、組立工数の削減だけではなく、車両に設ける配線に必要な重量を軽減し、車両などの軽量化を得て、タイヤ、車体、エンジンにかかる負荷を抑制し、安全性にも寄与することができる。
　なお、発電装置１の発電量は、特に限定されないが、２０～２０００μＪ程度であるのが好ましい。発電装置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、上述した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。
　ここで、本実施形態の発電装置１、および磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔が基端から先端に向かって平行となる構成を有する発電装置１’の各先端に対して外力を付与した際に磁歪棒２に発生する応力について、図１１および図１２（ａ），（ｂ）を参照して説明する。
　図１１は、図１に示す発電装置の一部の構成を変更し、磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔が基端から先端に向かって平行となる構成の発電装置を示す斜視図である。
　図１１に示す発電装置１’は、第２のブロック体５の構成を変えた以外は図１に示す本実施形態の発電装置１と同じ構成を有している。
　すなわち、発電装置１’では、第２のブロック体５が、第１のブロック体４と同様に、略直方体状をなしており、その基端側に、厚さ方向の略中央に、幅方向に沿って形成されたスリット５０１を有している。このスリット５０１に磁歪棒２の先端部２２が挿入される。なお、発電装置１’では、第２のブロック体５の上面からスリット５０１までの長さが、第１のブロック体４の高背部４１の上面からスリット４１１までの長さとほぼ等しくなるように構成されている。これにより、第２の連結部材７２は、第１の連結部材７１とほぼ同じ高さで、雄ネジ５３によって第２のブロック体５の上面にネジ止めされる。
　図１２（ａ）は、図１１に示す発電装置の磁歪棒と梁部材とに発生する応力を解析した解析図、図１２（ｂ）は、図１に示す第１実施形態の発電装置の磁歪棒と梁部材とに発生する応力を解析した解析図である。なお、図１２（ａ），（ｂ）中、黒塗部分は伸長応力を示し、白塗部分は収縮応力を示す。
　図１１に示す発電装置１’では、先端に対して下方に外力を付与した場合、図１２（ａ）に示すように、磁歪棒２の基端側の上部と先端側の下部とに若干伸長応力が発生するものの、磁歪棒２全体にほぼ一様な収縮応力が発生している。一方、本実施形態の発電装置１では、図１２（ｂ）に示すように、磁歪棒２全体に一様な収縮応力が発生していることが分かる。
　また、梁部材７３によって、磁歪棒２に初期荷重（バイアス応力）を付与する構成であってもよい。
　例えば、梁部材７３の長さを短くすることによって、磁歪棒２には自然状態で伸長応力が付与される。この場合には、第２のブロック体５に対して上方に外力が付与されると、バイアス応力が付与されていない場合に比べて、磁歪棒２がより大きく上方へと変位する。これにより、磁歪棒２に発生する伸長応力をより大きくすることができ、発電装置１の発電効率をさらに向上させることができる。
　また、梁部材７３の長さを長くすることによって、磁歪棒２には自然状態で収縮応力が付与される。この場合には、第２のブロック体５に対して下方に外力が付与されると、バイアス応力が付与されていない場合に比べて、磁歪棒２がより大きく下方へと変位する。これにより、磁歪棒２に発生する収縮応力をより大きくすることができ、発電装置１の発電効率をさらに向上させることができる。
　なお、本実施形態の発電装置１では、平面視において、各磁歪棒２に巻回されたコイル３と梁部材７３とが重ならないように配置されているが、コイル３の一部が梁部材７３と重なる構成であってもよい。具体的には、平面視において、磁歪棒２と梁部材７３とは重ならないが、コイル３の端部と梁部材７３の端部とが重なる構成であってもよい。かかる構成であっても、コイル３の巻回スペースを十分に確保しつつ、コイル３と梁部材７３とが接触しない範囲で、磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔を十分に小さくすることができ、上記発電装置１で得られる効果と同様の効果を得ることができる。
　また、本実施形態の発電装置１では、対向する梁として、２つの磁歪棒２、２と１つの梁部材７３とを備えているが、これに限定されず、以下のような構成とすることもできる。
　図１３は、本発明の第１実施形態の発電装置の他の構成例を示す平面図である。
　図１３に示す発電装置１では、連結部７が、第１の連結部材７１および第２の連結部材７２の長手方向の両端部同士を連結する２つの梁部材７３を備えている。かかる構成では、各梁部材７３が、磁歪棒２の外側に配置されているため、コイル３の体積を増大させつつも、磁歪棒２、２同士の間隔を小さくして、発電装置１の幅方向（図１１中、上下方向）のサイズを小さくすることができる。なお、かかる構成でも、上述した本実施形態と同様の効果を得ることができる。
　また、発電装置１は、２つ以上の磁歪棒２と１つ以上の梁部材７３とを備えた構成をとることができる。なお、磁歪棒２および梁部材７３の総数を変更する場合には、その総数が奇数となるのが好ましい。具体的には、磁歪棒２の数：梁部材７３の数が、２：３、３：２、３：４、４：３、４：５等となる構成が挙げられる。このような構成では、梁として機能する磁歪棒２と梁部材７３とが発電装置の幅方向に対称に配置されるため、磁歪棒２、各ブロック体４、５、連結部７にかかる応力のバランスが良好となる。
　なお、このような構成の場合には、梁部材７３のバネ定数をＡ［Ｎ／ｍ］、梁部材７３の数をＸ［本］とし、磁歪棒２のバネ定数をＢ［Ｎ／ｍ］、磁歪棒２の数をＹ［本］としたとき、Ａ×Ｘの値とＢ×Ｙの値とがほぼ等しくなることが好ましい。これにより、第１のブロック体４に対して第２のブロック体５を上下方向へ円滑かつ確実に変位させることができる。
　また、上記の説明では、各雄ネジ４３、５３を各雌ネジ部４１２、５５３に螺合することにより、磁歪棒２の両端部２１、２２と各ブロック体４、５との固定および連結部７と各ブロック体４、５との連結を行っているが、各部材の固定、連結は、上記方法に限定されない。例えば、ピンの圧入、溶接、接着剤による接着等の方法により各部材を固定、連結してもよい。
　＜第２実施形態＞
　次に、本発明の発電装置の第２実施形態について説明する。
　図１４は、本発明の発電装置の第２実施形態を示す斜視図である。
　なお、以下の説明では、図１４中の上側を「上」または「上方」と言い、図１４中の下側を「下」または「下方」と言う。また、図１４中の紙面右奥側を「先端」と言い、図１４中の紙面左手前側を「基端」と言う。
　以下、第２実施形態の発電装置について、前記第１実施形態の発電装置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。
　図１４に示す発電装置１は、外周にコイル３が巻回された磁歪棒２および梁部材７３と、これらの基端部同士および先端部同士をそれぞれ連結する連結ヨーク４６および連結ヨーク５６と、磁歪棒２および梁部材７３と併設されたヨーク８と、連結ヨーク４６とヨーク８との間および連結ヨーク５６とヨーク８との間に設けられた２つの永久磁石６とを有している。また、基端側の連結ヨーク４６は、支持部４７に固定され、先端側の連結ヨーク５６は、錘部（質量部）５７に固定されている。
　かかる構成の発電装置１では、磁歪棒２と梁部材７３とが厚さ方向に併設されており、第１実施形態の発電装置１と同様に、磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔が、基端から先端に向かって小さくなるように構成されている。
　なお、本実施形態の磁歪棒２、コイル３および梁部材７３としては、第１実施形態で前述した各部材を用いることができる。
　連結ヨーク４６は、磁歪棒２の基端部２１および梁部材７３の基端部と連結する。
　連結ヨーク４６には、上下２つのスリット４６１、４６２が形成されており、下側のスリット４６１に磁歪棒２の基端部２１が挿入され、上側のスリット４６２に梁部材７３の基端部が挿入されて、ピン４６３により固定される。
　この連結ヨーク４６は、その基端側において支持部４７と固定される。
　支持部４７は、平板状をなしており、その先端側の略中央に幅方向に貫通する溝部４７１が形成されている。この溝部４７１に連結ヨーク４６が挿入、固定される。
　本実施形態の発電装置１では、支持部４７の基端を振動体に固定することにより、磁歪棒２が、その基端を固定端、先端を可動端として片持ち支持されている。
　連結ヨーク５６は、磁歪棒２の先端部２２および梁部材７３の先端部と連結する。
　連結ヨーク５６には、上下２つのスリット５６１、５６２が形成されており、下側のスリット５６１に磁歪棒２の先端部２２が挿入され、上側のスリット５６２に梁部材７３の基端部が挿入されて、ピン５６３により固定される。連結ヨーク５６では、スリット５６１、５６２間の離間距離が、連結ヨーク４６のスリット４６１、４６２間の離間距離よりも短くなっており、これにより、磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔が、基端から先端に向かって小さくなっている。
　この連結ヨーク５６は、その先端側において錘部５７と固定される。
　錘部５７は、平板状をなしており、その基端側の略中央に幅方向に貫通する溝部５７１が形成されている。この溝部５７１に連結ヨーク５６が挿入、固定される。
　錘部５７は、連結ヨーク５６とともに、磁歪棒２に対して外力や振動を付与する錘として機能する。振動体の振動により、第２のブロック体５に対して、上下方向への外力または振動が付与される。これにより、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。
　なお、各連結ヨーク４６、５６、支持部４７および錘部５７の構成材料は、前述した第１実施形態における第１のブロック体４および第２のブロック体５を構成する各種材料と同様の材料を用いることができる。
　ヨーク８は、長尺の平板状をなしており、磁歪棒２および梁部材７３と幅方向に併設されている。ヨーク８の構成材料としては、前述した第１実施形態における第１のブロック体４および第２のブロック体５を構成する各種材料と同様の材料を用いることができる。
　永久磁石６は、円柱状をなしている。このような永久磁石６の構成材料としては、前述した第１実施形態の永久磁石６と同様の材料を用いることができる。
　本実施形態では、図１４に示すように、連結ヨーク４６とヨーク８との間に設けられた永久磁石６は、Ｓ極を連結ヨーク４６側に、Ｎ極をヨーク８側にして配置され、連結ヨーク５６とヨーク８との間に設けられた永久磁石６は、Ｓ極をヨーク８側に、Ｎ極を連結ヨーク５６側にして配置されている。これにより、発電装置１には、時計間周りの磁界ループが形成されている。
　本実施形態の発電装置１では、磁歪棒２と梁部材７３とが厚さ方向に併設されているため、磁歪棒２に巻回するコイル３の体積が制限されるものの、第１実施形態の発電装置１と同様に、磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔が、基端から先端に向かって小さくなるように構成されている。そのため、錘部５７に外力が付与されると、磁歪棒２および梁部材７３は変位方向（上下方向）に円滑に変位することができ、その結果、磁歪棒２に発生する応力の厚さ方向におけるバラつきを少なくすることができる。これにより、磁歪棒２に一様な応力を生じさせることができ、発電装置１の発電効率を優れたものとすることができる。
　なお、本実施形態では、コイル３を磁歪棒２に巻回する代わりに、ヨーク８の外周に巻回する構成にしてもよい。磁歪棒２中の磁束密度の変化に伴い、ヨーク８を通過する磁束密度も同様に変化するため、上記構成の発電装置１と同様にコイル３に電圧を発生させることができる。また、かかる構成では、各連結ヨーク４６、５６の幅を大きくしたり、各永久磁石の厚さを厚くすることにより、磁歪棒２および梁部材７３とヨーク８との間隔を大きくすることができるため、前述した第１実施形態の発電装置１と同様に、コイル体積を大きくすることが可能である。これにより、発電装置１の発電効率をさらに優れたものとすることができる。
　なお、各部材の固定、連結は、例えば、ネジ止め、ピンの圧入、溶接、接着剤による接着等の方法により各部材同士を固定、連結することができる。
　かかる第２実施形態の発電装置１によっても、前記第１実施形態の発電装置１と同様の作用・効果を生じる。
　＜第３実施形態＞
　次に、本発明の発電装置の第３実施形態について説明する。
　図１５は、本発明の発電装置の第３実施形態を示す斜視図である。図１６（ａ）および図１６（ｂ）は、図１５に示す発電装置が備えるコイルのボビンを示す斜視図である。図１７（ａ）および図１７（ｂ）は、図１５に示す発電装置が備える磁歪棒およびコイルを示す斜視図である。図１７（ｃ）は、図１７（ａ）の磁歪棒およびコイルをＢ－Ｂ線で切断した断面を示す斜視図である。図１８（ａ）は、図１５に示す発電装置を振動体に取り付けた状態を説明するための側面図である。図１８（ｂ）は、振動体に取り付けた図１５に示す発電装置の縦断面図（図１５中のＡ－Ａ線断面図）である。
　なお、以下の説明では、図１５、図１６（ａ），（ｂ）、図１７（ａ），（ｂ），（ｃ）および図１８（ａ），（ｂ）中の上側を「上」または「上方」と言い、図１５、図１６（ａ），（ｂ）、図１７（ａ），（ｂ），（ｃ）および図１８（ａ），（ｂ）中の下側を「下」または「下方」と言う。また、図１５中の紙面右手前側および図１８（ａ），（ｂ）中の右側を「先端」と言う。また、図１５中の紙面左奥側および図１８（ａ），（ｂ）中の左側を「基端」と言う。
　また、図１６（ａ）では、ボビンの先端側が紙面右手前側となるように示されている。また、図１６（ｂ）では、ボビンの基端側が紙面右手前側となるように示されている。また、図１７（ａ），（ｃ）では、磁歪棒およびコイルの先端側が紙面右手前側となるように示されている。また、図１７（ｂ）では、磁歪棒およびコイルの基端側が紙面右手前側となるように示されている。
　以下、第３実施形態の発電装置について、前記第１および第２実施形態の発電装置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実施形態の発電装置１では、コイル３の構成が異なり、それ以外は、前記第１実施形態の発電装置１と同様である。すなわち、本実施形態の発電装置１では、コイル３が、磁歪棒２の外周側に、磁歪棒２を囲むように配置されたボビン３２と、このボビン３２に巻回された線材３１とで構成されている。
　図１６（ａ），（ｂ）に示すように、ボビン３２は、線材３１が巻回される長尺状の本体部３３と、本体部３３の基端と連結する第１の鍔部３４と、本体部３３の先端と連結する第２の鍔部３５とを有している。なお、このようなボビン３２は、各部材を溶接等により連結した構成であってもよいが、各部材が一体的に形成されているのが好ましい。
　本体部３３は、長尺状の一対の側板部３３１、３３２と、基端側において、一対の側板部３３１、３３２の上端部同士を連結する上板部３３３および下端部同士を連結する底板部３３４とを備えている。なお、本体部３３を構成する各側板部３３１、３３２、上板部３３３および底板部３３４は、いずれも、平板状をなしている。
　この本体部３３は、その基端側に、一対の側板部３３１、３３２、上板部３３３および底板部３３４で規定される四角筒状の部分を有しており、この四角筒状の部分の内側に磁歪棒２が挿通される。
　一対の側板部３３１、３３２同士の間隔は、磁歪棒２の幅よりも大きく設計されており、磁歪棒２は、一対の側板部３３１、３３２から離間した状態で、これらの間に配置される。また、上板部３３３と底板部３３４との間隔は、磁歪棒２の厚さと略等しくなるように構成されている。磁歪棒２は、この上板部３３３と底板部３３４との間に挿入され、これにより、磁歪棒２の基端側の一部が上板部３３３と底板部３３４とにより狭持される（図１７（ｃ）参照）。
　この本体部３３の外周に、その基端から先端にわたって線材３１が巻回される。
　本体部３３の基端側には、本体部３３（側板部３３１、３３２、上板部３３３および底板部３３４）と連結する平板状の第１の鍔部３４が設けられている（図１６（ｂ）参照）。
　第１の鍔部３４は、略楕円形状をなしている。この第１の鍔部３４には、本体部３３と連結する位置に、磁歪棒２が挿通されるスリット３４１が形成されている。このスリット３４１の形状は、磁歪棒２の横断面形状と略等しくなるように形成されている。
　また、第１の鍔部３４の下端部３４２は、発電装置１を振動体１００に取り付ける際に、振動体１００に当接するように構成されている。
　さらに、第１の鍔部３４には、スリット３４１よりも下側の位置において、第１の鍔部３４から基端方向に突出する突出部３６が設けられている。本実施形態の発電装置１では、第１の鍔部３４の突出部３６より上側の部分が第１のブロック体４（高背部４１）の先端側の面に接するとともに、突出部３６が第１のブロック体４の底面に接するようにして、ボビン３２が磁歪素子１０に取り付けられている。突出部３６の下側の面には、突出部３６の幅方向に沿って形成された２つの溝３６１が形成されている。図示しないが、発電装置１を取り付ける振動体１００に、あらかじめ、２つの溝３６１に対応する２つの突起を設けた場合には、発電装置１の各溝３６１を振動体１００の対応する突起に嵌め込むことにより、発電装置１を振動体１００の所定の位置に容易に設置することができる。すなわち、発電装置１の位置決めが容易になる。
　また、本体部３３の先端側には、本体部３３（側板部３３１、３３２）と連結する平板状の第２の鍔部３５が設けられている（図１６（ａ）参照）。
　第２の鍔部３５は、略楕円形状をなしている。この第２の鍔部３５には、本体部３３（側板部３３１、３３２）が連結する位置に、磁歪棒２が挿通される略四角形状の開口部３５１が形成されている。この開口部３５１の幅は、一対の側板部３３１、３３２同士の間隔と略等しく、また、開口部３５１の上端から下端までの距離は、各側板部３３１の短手方向の長さと略等しくなるように設計されている。
　また、第２の鍔部３５の下端部３５２は、発電装置１を振動体１００に取り付ける際に、振動体１００に当接するように構成されている。さらに、下端部３５２には、その幅方向の両端部側から先端方向に突出する２つの突起部３５３が形成されている。下端部３５２および突起部３５３は、第１の鍔部３４の下端部３４２とともに、振動体１００に対してボビン３２を支持する。
　この第２の鍔部３５は、ボビン３２が磁歪素子１０に取り付けられた状態において、第２のブロック体５と離間している。
　図１８（ｂ）に示すように、本実施形態の発電装置１では、磁歪棒２の変位（振動）方向（図１８（ｂ）の上下方向）における磁歪棒２とボビン３２または線材３１との間に、ボビン３２の中央付近から先端にわたって、空隙が形成されている。この空隙は、振動体１００の振動により磁歪棒２が変位する際に、磁歪棒２とボビン３２または線材３１とが干渉しないサイズ、すなわち、磁歪棒２の振幅より大きいサイズを有するように設計されている。そのため、磁歪棒２は、コイル３（線材３１およびボビン３２）と接触することなく振動することができる。かかる構成では、磁歪棒２とコイル３との間の摩擦によるエネルギーロスが発生するのを防止することができる。
　また、本実施形態の発電装置１では、磁歪棒２（磁歪素子１０）および梁部材７３が変形する際に、その変形とともにコイル３（線材３１およびボビン３２）は変形しない。一般的に、コイルを構成する線材やボビンは、その変形に伴うエネルギー損失量が大きい、すなわち、損失係数が大きい部材である。したがって、本実施形態の発電装置１では、損失係数の大きいコイル３の線材３１およびボビン３２が変形することによるエネルギーロス（構造減衰）の発生が防止される。さらに、発電装置１では、質量が大きいコイル３が、磁歪棒２の振動に付随して変位しない。すなわち、かかる発電装置１では、磁歪棒２を振動させる振動系の質量として、コイル３の質量が含まれない。そのため、発電装置１では、磁歪棒とともにコイルも変位するような発電装置に比べて、磁歪棒２（振動系）の振動周波数の低下を防止することができる。これにより、磁歪棒２の時間当たりの磁束密度の変化量（磁束密度の変化勾配）が小さくなるのを防止し、発電効率の低下を防止することができる。
　このように、発電装置１では、磁歪棒２とコイル３との間の摩擦によるエネルギーロス、および損失係数が大きいコイル３が変形することによるエネルギーロスの発生を防止することができる。さらに、質量が大きいコイル３が変位することによる振動周波数の低下を防止することができる。これにより、振動体１００の振動を効率良く磁歪棒２（磁歪素子１０）の変形に用いることができ、その結果、発電装置１の発電効率を向上させることができる。
　また、ボビン３２内に形成される空隙のサイズは、一対の側板部３３１、３３２の短手方向の長さを変更し、この変更に合わせて開口部３５１の上端から下端までの距離を変更することにより、自由に設定することができる。
　なお、ボビン３２の構成材料としては、例えば、連結部７の構成材料と同様の材料を用いることができる。
　かかる第３実施形態の発電装置１によっても、前記第１および第２実施形態の発電装置１と同様の作用・効果を生じる。
　以上、本発明の発電装置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、２つの永久磁石のうち一方を省略することもでき、永久磁石の一方または双方を電磁石に置き換えることもできる。さらに、本発明の発電装置は、双方の永久磁石を省略し、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、磁歪棒および梁部材は、いずれも、その横断面形状が長方形状をなしているが、例えば、円形状、楕円形状、三角形状、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、前記各実施形態の永久磁石は、いずれも円柱状をなしているが、角柱状、平板状、三角柱状をなしていてもよい。
　次に、本発明を好適な実施例に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
　なお、以下に示す各実施例および各比較例の発電装置１は、いずれも、磁歪棒２の両端部２１、２２を除く長さが２１．６５ｍｍ、幅が３ｍｍ、厚さが０．５ｍｍであり、梁部材７３の幅が３ｍｍ、厚さが０．５ｍｍであった。
　（実施例１）
　図１に示す構成の発電装置１（図１参照）を用意した。この発電装置１では、基端および先端における磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔を、それぞれ、２．０ｍｍ、０ｍｍに設定して、磁歪棒２と梁部材７３とのなす角度（テーパー角度）が約２．７°となるように設計した。
　（実施例２）
　図１９に示す構成の発電装置１（図１９参照）を用意した。この発電装置１では、基端および先端における磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔を、それぞれ、１．０ｍｍ、０ｍｍに設定して、磁歪棒２と梁部材７３とのなす角度（テーパー角度）が約１°となるように設計した。
　（比較例）
　図１１に示す構成の発電装置１（図１１参照）を用意した。なお、磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔（側面視における磁歪棒２の上面と梁部材７３の下面との距離）は２．０ｍｍであった。
　（応力分布評価）
　以上の各実施例および比較例について、その先端（第２のブロック体５）に対して外力を付与した際に磁歪棒２の厚さ方向および長手方向に発生する応力を測定した。なお、第２のブロック体５に対して付与する外力の大きさは２０Ｎとした。
　図２０（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、各実施例および比較例の発電装置１について、磁歪棒２の厚さ方向の各領域における長手方向に沿った応力を示すグラフである。なお、各グラフでは、正の値の応力が伸長応力を示し、負の値の応力が収縮応力を示している。
　各磁歪棒２の上面（Ｚ＝０）、上面から０．１ｍｍの領域（Ｚ＝０．１）、上面から０．２ｍｍの領域（Ｚ＝０．２）、上面から０．３ｍｍの領域（Ｚ＝０．３）、上面から０．４ｍｍの領域（Ｚ＝０．４）および上面から０．５ｍｍの領域（下面、Ｚ＝０．５）における長手方向に沿った応力の測定を行った（図２０（ａ）～（ｃ）参照）。この応力の測定結果から、各発電装置１の磁歪棒２全体に発生した応力の平均値（平均応力Ｘ）、磁歪棒２に発生した応力の最大値と最小値との差（応力差Ｙ）およびＹ／Ｘを求めた。なお、各磁歪棒２の厚さ方向における応力のバラつきは、上記Ｙ／Ｘの値から評価することができる。これらの評価結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　各実施例と比較例との比較から、磁歪棒２と梁部材７３とがテーパー梁構造をなすことにより、磁歪棒２の厚さ方向における応力のバラつきが小さくなることが分かる。
　また、実施例１と実施例２との比較から、磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔を小さくすることにより、磁歪棒２に発生する応力が大きくなることが分かる。
　上記の結果から、磁歪棒２と梁部材７３とがテーパー梁構造をなすことにより、磁歪棒２の厚さ方向における応力のバラつきが小さくなることが分かり、また、磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔を小さくすることにより、磁歪棒２に発生する応力が大きくなることが分かる。したがって、基端における磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔が小さく、かつテーパー梁構造をなす実施例２の構成であれば、磁歪棒２に発生する平均応力を高くしつつ、その厚さ方向における応力のバラつきを小さくすることができる。
　発電効率としては、テーパー梁構造をなす実施例１および２の各発電装置１が、平行梁構造をなす比較例の発電装置よりも高く、特に、実施例２の発電装置１の発電効率が高い傾向にある。
　本発明によれば、側面視における磁歪棒と梁部材との間隔が、一端よりも他端において小さくなるように構成されている。かかる構成では、磁歪棒と梁部材とからなる一対の梁の変位方向への剛性が一端よりも他端において小さくなる。このため、磁歪棒の一端に対して他端を変位させると、磁歪棒および梁部材は変位方向に円滑に変位することができ、その結果、磁歪棒に発生する応力の厚さ方向におけるバラつきを少なくすることができる。これにより、磁歪棒に一様な応力を生じさせることができ、発電装置の発電効率を優れたものとすることができる。したがって、本発明は産業上の利用可能性を有する。

Claims (16)

  1. 　磁歪材料で構成され、軸方向に磁力線を通過させる少なくとも１つの磁歪棒と、
    　前記磁歪棒に応力を付与する機能を有する梁部材と、
    　前記磁力線が軸方向に通過するように配置され、そ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、
    　前記磁歪棒の一端に対して他端を、その軸方向とほぼ垂直な方向に変位させて前記磁歪棒を伸縮させることにより、前記磁力線の密度を変化させて前記コイルに電圧を発生するように構成され、
    　側面視において、前記磁歪棒と前記梁部材との間隔を前記一端よりも前記他端において小さくしたことを特徴とする発電装置。
  2. 　側面視において、前記磁歪棒と前記梁部材とのなす角度は、０．５～１０°である請求項１に記載の発電装置。
  3. 　前記梁部材は、非磁性材料で構成されている請求項１または２に記載の発電装置。
  4. 　側面視において、前記磁歪棒と前記梁部材とが重ならないよう配置されている請求項１ないし３のいずれかに記載の発電装置。
  5. 　前記少なくとも１つの磁歪棒は、併設された２つ以上の前記磁歪棒を有し、
    　平面視において、各前記磁歪棒と前記梁部材とが重ならないよう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装置。
  6. 　平面視において、前記梁部材は、前記磁歪棒同士の間に配置されている請求項５に記載の発電装置。
  7. 　前記コイルは、各前記磁歪棒の外周に巻回されており、
    　平面視において、各前記コイルと前記梁部材とが重ならないよう配置されている請求項５または６に記載の発電装置。
  8. 　前記コイルは、前記磁歪棒の外周側に、前記磁歪棒を囲むように配置されたボビンと、該ボビンに巻回された線材とを備え、
    　前記磁歪棒と前記ボビンとの間には、少なくとも前記磁歪棒の前記他端側において空隙が形成されている請求項７に記載の発電装置。
  9. 　各前記磁歪棒の前記他端の変位は、前記磁歪棒に振動を付与することによりなされ、前記空隙は、前記ボビンと振動する前記磁歪棒とが干渉しないようなサイズを有する請求項８に記載の発電装置。
  10. 　前記磁歪棒と前記梁部材との総数が奇数となるように構成されている請求項５ないし９のいずれかに記載の発電装置。
  11. 　着磁方向が、前記磁歪棒が併設された併設方向となるようにして配置された少なくとも１つの永久磁石を有し、
    　該永久磁石は、各前記磁歪棒の一方の端部同士の間および各前記磁歪棒の他方の端部同士の間の少なくとも一方に配置されている請求項５ないし１０のいずれかに記載の発電装置。
  12. 　前記梁部材のバネ定数をＡ［ＧＰａ］、前記梁部材の数をＸ［本］とし、前記磁歪棒のバネ定数をＢ［ＧＰａ］、前記磁歪棒の数をＹ［本］としたとき、Ａ×Ｘの値とＢ×Ｙの値とがほぼ等しい請求項１ないし１１のいずれかに記載の発電装置。
  13. 　前記梁部材を構成する材料のヤング率を８０～２００ＧＰａとし、前記磁歪棒を構成する磁歪材料のヤング率を３０～１００ＧＰａとする請求項１ないし１２のいずれかに記載の発電装置。
  14. 　前記磁歪棒には、自然状態で前記梁部材により伸長応力または収縮応力が付与されている請求項１ないし１３のいずれかに記載の発電装置。
  15. 　前記コイルは、前記磁歪棒の外周に巻回されている請求項１ないし１４のいずれかに記載の発電装置。
  16. 　着磁方向が、前記磁歪棒の軸方向とほぼ直交するようにして配置された少なくとも１つの永久磁石を有する請求項１ないし１５のいずれかに記載の発電装置。
PCT/JP2014/058592 2013-04-12 2014-03-26 発電装置 WO2014168008A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015511196A JPWO2014168008A1 (ja) 2013-04-12 2014-03-26 発電装置
US14/783,762 US20160065093A1 (en) 2013-04-12 2014-03-26 Power generator
EP14782836.2A EP2988409A4 (en) 2013-04-12 2014-03-26 Power generation device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013084222 2013-04-12
JP2013-084222 2013-04-12

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014168008A1 true WO2014168008A1 (ja) 2014-10-16

Family

ID=51689420

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2014/058592 WO2014168008A1 (ja) 2013-04-12 2014-03-26 発電装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20160065093A1 (ja)
EP (1) EP2988409A4 (ja)
JP (1) JPWO2014168008A1 (ja)
WO (1) WO2014168008A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015182184A1 (ja) * 2014-05-26 2015-12-03 ミツミ電機株式会社 発電装置
JP2017022958A (ja) * 2015-07-15 2017-01-26 富士電機株式会社 振動発電装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011158473A1 (ja) * 2010-06-18 2011-12-22 国立大学法人金沢大学 発電素子および発電素子を備えた発電装置
JP2012161238A (ja) * 2011-01-12 2012-08-23 Nikon Corp 発電機及び電子機器
JP2014096924A (ja) * 2012-11-09 2014-05-22 Toyo Tire & Rubber Co Ltd 発電素子

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5907211A (en) * 1997-02-28 1999-05-25 Massachusetts Institute Of Technology High-efficiency, large stroke electromechanical actuator
JP2001110631A (ja) * 1999-10-05 2001-04-20 Moritex Corp 超磁歪アクチュエータとそれを用いたアクティブ制振装置
US6679685B2 (en) * 2000-03-07 2004-01-20 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method and device for discharging viscous fluids
DE60124332D1 (de) * 2000-03-07 2006-12-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Flüssigkeitsspender
US20060226739A1 (en) * 2003-02-26 2006-10-12 Usc Corporation Piezoelectric power generator
JP5724452B2 (ja) * 2011-02-24 2015-05-27 株式会社村田製作所 圧電発電装置
US8604632B2 (en) * 2011-03-10 2013-12-10 Halliburton Energy Services, Inc. Systems and methods of harvesting energy in a wellbore
JP2012191787A (ja) * 2011-03-11 2012-10-04 Casio Comput Co Ltd 発電装置
JP5760561B2 (ja) * 2011-03-22 2015-08-12 セイコーエプソン株式会社 圧電発電装置、および圧電発電装置を備えた電子機器
US20120248898A1 (en) * 2011-03-29 2012-10-04 Richard Tucker Carlmark Moving Magnet Actuator Magnet Carrier
US8610318B2 (en) * 2011-03-29 2013-12-17 Bose Corporation Moving magnet actuator magnet carrier
JP5645179B2 (ja) * 2011-09-16 2014-12-24 国立大学法人金沢大学 発電素子

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011158473A1 (ja) * 2010-06-18 2011-12-22 国立大学法人金沢大学 発電素子および発電素子を備えた発電装置
JP2012161238A (ja) * 2011-01-12 2012-08-23 Nikon Corp 発電機及び電子機器
JP2014096924A (ja) * 2012-11-09 2014-05-22 Toyo Tire & Rubber Co Ltd 発電素子

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2988409A4 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015182184A1 (ja) * 2014-05-26 2015-12-03 ミツミ電機株式会社 発電装置
JP2015226346A (ja) * 2014-05-26 2015-12-14 ミツミ電機株式会社 発電装置
US10516350B2 (en) 2014-05-26 2019-12-24 Mitsumi Electric Co., Ltd. Power generator
JP2017022958A (ja) * 2015-07-15 2017-01-26 富士電機株式会社 振動発電装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP2988409A4 (en) 2017-03-08
US20160065093A1 (en) 2016-03-03
JPWO2014168008A1 (ja) 2017-02-16
EP2988409A1 (en) 2016-02-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6036143B2 (ja) 発電装置
US20150155472A1 (en) Power generating element
JP6174053B2 (ja) 磁歪式振動発電装置
JP6349909B2 (ja) 発電装置
WO2015162988A1 (ja) 発電装置
WO2015178053A1 (ja) 発電装置
JP6287580B2 (ja) 発電装置
WO2015002069A1 (ja) 発電装置
WO2014168008A1 (ja) 発電装置
WO2015178049A1 (ja) ベースおよび発電装置
WO2014168007A1 (ja) 発電装置
US20220085271A1 (en) Power generation element and power generation apparatus
JP6155009B2 (ja) 発電装置
WO2015022886A1 (ja) 発電装置
WO2020241573A1 (ja) 発電素子、および発電素子を用いた装置
JP2021136734A (ja) 発電装置
JP2015177612A (ja) 発電装置

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: 14782836

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2015511196

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14783762

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2014782836

Country of ref document: EP