WO2015162984A1 - 発電装置 - Google Patents

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WO2015162984A1
WO2015162984A1 PCT/JP2015/054671 JP2015054671W WO2015162984A1 WO 2015162984 A1 WO2015162984 A1 WO 2015162984A1 JP 2015054671 W JP2015054671 W JP 2015054671W WO 2015162984 A1 WO2015162984 A1 WO 2015162984A1
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WO
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magnetostrictive rod
magnetostrictive
power generation
rod
stress
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PCT/JP2015/054671
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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
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Publication date
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    • 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
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/34—Reciprocating, oscillating or vibrating parts of the magnetic circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
    • 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 generator includes a pair of magnetostrictive rods provided together, a connecting yoke that connects these magnetostrictive rods, a coil that is provided so as to surround each magnetostrictive rod, and a permanent magnet that applies a bias magnetic field to the magnetostrictive rod. And a back yoke.
  • a pair of magnetostrictive rods function as opposing beams. 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 of the magnetostrictive rods deforms to extend, and the other The magnetostrictive rod deforms so as to contract.
  • the magnetic permeability of each magnetostrictive rod changes, and as a result, the density of magnetic lines passing through the magnetostrictive rod (magnetic flux density), that is, the density of magnetic lines passing through each coil changes, thereby generating a voltage in each coil.
  • such a magnetostrictive rod has a large change amount (decrease amount) in magnetic flux density (magnetic permeability) accompanying the generation of contraction stress, while the magnetic flux density (magnetic permeability) accompanying the generation of tensile stress is large.
  • the amount of change (increase) is small. Therefore, even if an external force is applied to the power generation device and the magnetostrictive rod is alternately generated with the extension stress and the contraction stress, the change in the magnetic flux density corresponding to the extension stress is small. It is difficult to let
  • the amount of change in the magnetic flux density of the magnetostrictive rod is also affected by the strength of the bias magnetic field applied to the magnetostrictive rod. Generally, when the intensity of the applied bias magnetic field increases, the amount of change in the magnetic flux density decreases.
  • 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 generator capable of generating power efficiently in a wide range of bias magnetic fields, that is, a power generator having a high degree of design freedom. It is in.
  • a magnetostrictive rod made of a magnetostrictive material and passing magnetic lines of force in the axial direction;
  • a coil that is arranged so that the magnetic field lines pass in the axial direction and generates a voltage based on a change in density thereof;
  • a bias stress applying mechanism for applying a contraction stress in a natural state to the magnetostrictive rod;
  • 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 electric power generating apparatus characterized by the above-mentioned.
  • the bias stress applying mechanism includes a beam member that is provided together with the magnetostrictive rod and applies a contraction stress to the magnetostrictive rod by bringing the one end and the other end of the magnetostrictive rod close to each other (1) ).
  • the magnetostrictive rod has two or more magnetostrictive rods provided side by side,
  • the power generation device according to any one of (2) to (4), wherein the magnetostrictive rods and the beam members are arranged so as not to overlap each other in a plan view.
  • bias stress applying mechanism includes an elastic member that applies a contraction stress to the magnetostrictive rod.
  • the elastic member is configured by a coil spring that applies contraction stress to the magnetostrictive rod by pressing or pulling the other end of the magnetostrictive rod in a displacement direction in which the magnetostrictive rod is displaced.
  • a power generator according to the above.
  • the bias stress applying mechanism further includes a magnetic member provided on the tip side of the magnetostrictive rod, and further includes a magnet that attracts the magnetic member so as to apply a contraction stress to the magnetostrictive rod.
  • the electric power generating apparatus in any one of (10).
  • the power generation device is further made of a magnetic material, and includes a first block body including a housing portion for housing the one end of the magnetostrictive rod, and a magnetic material, and the other end of the magnetostrictive rod is connected to the other end of the magnetostrictive rod.
  • the power generation device according to any one of (1) to (11), further including a second block body including a storage portion for storage.
  • a contraction stress is applied to the magnetostrictive rod in a natural state (a state where no external force is applied to the power generation device), so that it is compared with a magnetostrictive rod in a state where no stress is generated. , Its magnetic permeability is lowered. For this reason, in such a power generation device, the amount of change in magnetic flux density accompanying the generation of elongation stress (tensile stress) of the magnetostrictive rod can be increased. Can be sufficiently increased.
  • the amount of change in the magnetic flux density generated in the magnetostrictive rod increases until the intensity of the applied bias magnetic field increases to a predetermined value (optimum value), and decreases as the intensity increases beyond the optimal value.
  • a predetermined value optimum value
  • the amount of change in the magnetic flux density generated in the magnetostrictive rod can be sufficiently increased. That is, the amount of change in magnetic flux density generated in the magnetostrictive rod can be sufficiently increased over a wide bias magnetic field strength range. Accordingly, it is possible to provide a power generation device capable of generating power efficiently in a wide range of bias magnetic fields, that is, a power generation device with a high degree of design freedom.
  • 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. 3B is a diagram showing a state in which the coil is removed from each magnetostrictive element shown in FIG.
  • 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 side 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
  • 7 (a) and 7 (b) show a bias magnetic field (H) applied in accordance with applied stress in a magnetostrictive rod made of a magnetostrictive material mainly composed of an iron-gallium alloy. It is a graph which shows the relationship with magnetic flux density (B).
  • FIG. 7 (c) shows the amount of change in the applied bias magnetic field (H) and magnetic flux density ( ⁇ B) according to the applied external force with reference to the state in which no stress is generated in the magnetostrictive rod. ).
  • FIG. 7 (d) shows the amount of change in applied bias magnetic field (H) and magnetic flux density according to the applied external force with reference to a state where a shrinkage stress of 14.15 MPa is generated in such a magnetostrictive rod. It is a graph which shows the relationship with ((DELTA) B).
  • FIG. 8 is a side view schematically showing a state in which an external force is applied in the downward direction to the distal end of one bar (one beam) whose base end is fixed to the casing.
  • FIG. 9 is a side view schematically showing a state in which an external force is applied in the downward direction to the distal ends of a pair of opposed parallel beams (parallel beams) whose base ends are fixed to the casing.
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing stresses (extension stress and contraction stress) applied to a pair of parallel beams having external forces applied to the tips.
  • FIG. 11 is a plan view illustrating another configuration example of the power generation device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 12A is a right side view (a coil is omitted) for explaining a state before the connecting portion is attached to each block body in another configuration example of the power generation device of the first embodiment of the present invention.
  • FIG.12 (b) is a right view (coil is abbreviate
  • FIG. 13 is a side view which shows 2nd Embodiment of the electric power generating apparatus of this invention.
  • FIG. 14 is a side view showing another configuration example of the power generation device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a side view showing a third embodiment of the power generator of the present invention.
  • FIG. 16 is a perspective view showing a fourth embodiment of the power generator of the present invention.
  • 17 is a side view of the power generator shown in FIG.
  • FIG. 18 is a side view showing another configuration example of the power generating device according to the fourth embodiment of the present invention.
  • 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. 3B is a diagram showing a state in which the coil is removed from each magnetostrictive element shown in FIG.
  • 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 side 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 has a magnetostrictive rod 2 that passes magnetic lines of force in the axial direction, a coil 3 that is arranged so that the magnetic lines of force pass in the axial direction, and a function that applies stress to the magnetostrictive rod 2. It has the beam member 73 which has.
  • the magnetostrictive rod 2 is expanded and contracted by displacing the distal end (the other end) with respect to the base end (one end) of the magnetostrictive rod 2 in the 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.
  • 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 arranged in the width direction, not in the thickness direction, so that the interval between them can be designed 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 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 , and 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.
  • the both ends of the wire 31 which comprises the coil 3 are connected to electric circuits, such as a radio
  • 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, elongation stress (tensile stress) or contraction stress (compression stress) can be efficiently applied 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 so that the magnetization direction thereof coincides with the direction in which the magnetostrictive rods 2 and 2 are 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 height from the lower surface of the upper surface of the high-profile portion 41 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 each of the high-back portions 41 (first block body 4), and the base end portion 21 (magnetostrictive rod 2) becomes the first by reducing the interval between the slits 411.
  • the block body 4 is fixed.
  • 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 the above-described screwing, but may be caulking, diffusion joining, pin press-fitting, brazing, welding (laser welding, electric welding, etc.), adhesion with an adhesive, 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 set 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 length of the beam member 73 is the length of the first block body 4 of the magnetostrictive rod 2 in plan view before the connection portion 7 is connected to the first block body 4 and the second block body 5. It is comprised so that it may become longer than the length from a front-end
  • FIG. In the present embodiment the first block bodies 4 and the second block bodies 5 are connected by the connecting portion 7 including such a beam member 73. Therefore, in the power generation device 1, the second block body 5 is pressed against the first block body 4 by the beam member 73 in the longitudinal direction of the beam member 73 (lower right direction in FIG. 3B).
  • such a beam member 73 constitutes a bias stress applying mechanism that applies a bias stress (shrinkage stress) to the magnetostrictive rod 2 in a natural state.
  • 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 magnitude of the voltage generated in the coil 3 (power generation amount) is proportional to the amount of change in the magnetic flux density of the magnetostrictive rod 2.
  • the amount of change in the magnetic flux density of the magnetostrictive rod 2 is determined by the magnitude of the applied bias magnetic field and the magnitude of the stress (elongation stress or contraction stress) generated in the magnetostrictive rod 2.
  • FIG. 7 shows, as a specific example, an applied bias magnetic field (H) corresponding to a generated stress in a magnetostrictive rod made of a magnetostrictive material mainly composed of an iron-gallium alloy (Young's modulus: about 70 GPa).
  • 5 is a graph showing the relationship between the magnetic flux density (B) and the applied bias magnetic field (H) and the amount of change in magnetic flux density ( ⁇ B).
  • FIGS. 7A and 7B show the relationship between the applied bias magnetic field (H) and the magnetic flux density (B) in accordance with the applied stress in such a magnetostrictive rod. It is a graph.
  • FIG. 7C shows the bias magnetic field (H) and the amount of change in magnetic flux density ( ⁇ B) according to the applied external force with reference to the state where no stress is generated in the magnetostrictive rod. It is a graph which shows a relationship.
  • FIG. 7D shows the bias magnetic field (H) and magnetic flux density applied to the magnetostrictive rod in accordance with the applied external force with reference to a state in which a shrinkage stress of 14.15 MPa is generated in the magnetostrictive rod. It is a graph which shows the relationship with the variation
  • HB curve The relationship (HB curve) between the bias magnetic field (H) and the magnetic flux density (B) in a state where no stress is generated in the magnetostrictive rod ( ⁇ 0 MPa) is indicated by a thick line in FIG. ing. Further, the relationship (HB curve) between the bias magnetic field (H) and the magnetic flux density (B) in a state where a shrinkage stress of 14.15 MPa is generated in the magnetostrictive rod ( ⁇ 14.15 MPa) is shown in FIG. ) In the middle.
  • the magnetic permeability increases as the generated extension stress increases, compared to the magnetostrictive rod in the state in which no stress is generated. Become.
  • the density of magnetic lines of force passing through the magnetostrictive rod in the axial direction increases (see each HB curve above the thick line in FIG. 7A).
  • a magnetostrictive rod in which a contraction stress is generated has a lower magnetic permeability as the generated contraction stress is increased.
  • the magnetic flux density passing through the magnetostrictive rod becomes low (see each HB curve below the thick line in FIG. 7A).
  • such a magnetostrictive rod has an amount of change in magnetic flux density (magnetic permeability) accompanying the generation of contraction stress, that is, the magnetic flux density of the magnetostrictive rod in a state where no stress is generated.
  • the amount of decrease from is large.
  • the amount of change in magnetic flux density (permeability) associated with the generation of elongation stress that is, the amount of increase from the magnetic flux density of the magnetostrictive rod in a state where no stress is generated is small.
  • a magnetic flux density change amount ( ⁇ B) of 1T or more is obtained.
  • the magnitude of the bias magnetic field required for the above is about 0.8 to 2.8 kA / m.
  • the magnitude of the bias magnetic field necessary to obtain a magnetic flux density change ( ⁇ B) of 1 T or more is approximately 0.8 to 9. It is about 8 kA / m.
  • the magnetic permeability of the magnetostrictive rod 2 is lower than that of the magnetostrictive rod in a state where no stress is generated.
  • the magnetostrictive rod 2 expands and contracts on the basis of the state where the contraction stress is applied.
  • the magnetostrictive rod 2 expands and contracts with reference to the thick line in FIG. 7B.
  • the change amount (increase amount) of the magnetic flux density accompanying the generation of the extension stress is larger than the change amount of the magnetic flux density when the extension stress is applied to the magnetostrictive rod to which no bias stress is applied in the natural state.
  • the change amount of the magnetic flux density accompanying the generation of the extension stress can be increased as well as the change amount of the magnetic flux density accompanying the generation of the contraction stress.
  • the intensity range of the bias magnetic field required to obtain a sufficient amount of change in magnetic flux density (1T or more) can be increased.
  • a stress of ⁇ 14.15 MPa is generated in a magnetostrictive rod to which a shrinkage stress of 14.15 MPa is naturally applied, that is, the stress generated in the magnetostrictive rod is alternately changed.
  • the magnitude of the bias magnetic field necessary to obtain the magnetic flux density variation ( ⁇ B) of 1T or more is about 1.6 to 5.7 kA / m.
  • a stress of ⁇ 49.56 MPa is generated in the magnetostrictive rod, that is, the stress generated in the magnetostrictive rod is alternately +35.4 MPa and ⁇ 63.71 MPa.
  • the magnitude of the bias magnetic field necessary to obtain the change amount ( ⁇ B) of the magnetic flux density of 1T or more is about 0.7 to 13 kA / m.
  • the intensity range of the bias magnetic field for causing a sufficient change in the magnetic flux density in the magnetostrictive rod 2 is widened. Therefore, for example, even when a magnet having a different size or shape is used as the permanent magnet 6 or a magnet having different characteristics such as a holding force and a maximum energy product is used, the change in the magnetic flux density is similarly applied to the magnetostrictive rod 2. Can be generated. Further, even when the positional relationship between the magnetostrictive rod 2 and the permanent magnet 6 is changed and the intensity of the bias magnetic field applied to the magnetostrictive rod 2 is changed, a sufficient change in magnetic flux density can be caused in the magnetostrictive rod 2. it can.
  • the power generation device 1 even when the configuration (size of each member, arrangement position, etc.) is freely designed to some extent, the amount of change in the magnetic flux density of the magnetostrictive rod 2 can be sufficiently increased. . That is, in the power generator 1, the design freedom can be increased. Further, the power generation device 1 can obtain a large amount of power generation in a bias magnetic field in a wide intensity range. Therefore, variations in the magnitude of the bias magnetic field applied to the magnetostrictive rod 2 occur due to material characteristics, shape tolerances of each member constituting the power generation device 1, assembly errors caused by deviations in the attachment positions of the members during assembly, and the like. However, the power generation device 1 can stably obtain a sufficiently large power generation amount.
  • the magnetostrictive rod 2 expands and contracts based on the state where the contraction stress is applied.
  • the magnitude of the elongation stress generated in the magnetostrictive rod 2 is smaller than that of a magnetostrictive rod that expands and contracts based on a state where no stress is applied in the natural state.
  • the member is likely to be deteriorated and the durability is lowered.
  • the magnetostrictive rod 2 of the power generation device 1 is given a contraction stress in a natural state, even if the power generation device 1 is repeatedly used, the magnetostrictive rod 2 is prevented from deteriorating and maintains excellent durability. be able to.
  • the materials constituting the magnetostrictive rod 2 described above are limited in the types that can be selected, and the rigidity thereof is relatively low.
  • the power generation device 1 by using a material having relatively high rigidity as described later as the beam member 73 that functions as a parallel beam together with the magnetostrictive rod 2, durability of the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 (connecting portion 7) is improved. It is possible to improve the life of the power generator 1.
  • the distance between the magnetostrictive rods 2, 2 and the beam member 73 (hereinafter also referred to as “beam interval”) is reduced from the proximal end toward the distal end in a side view. It is configured.
  • 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. As a result, the magnetostrictive rod 2 is generated. The variation in the thickness direction of the stress to be reduced can be reduced. Thereby, uniform stress can be generated in the magnetostrictive rod 2.
  • the power generation device 1 even when the elongation stress and the contraction stress generated in the magnetostrictive rod 2 are relatively small, the amount of change in the magnetic flux density can be sufficiently increased over a wide bias magnetic field strength range. .
  • the power generation device 1 since the variation in stress generated in the magnetostrictive rod 2 can be reduced and uniform stress can be generated in the magnetostrictive rod 2, the power generation device 1 can generate power more efficiently by the applied external force. it can.
  • 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 magnetostrictive rods 2, 2 on the proximal end side are adjusted. And the beam member 73 can be freely designed, and the beam interval 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. 8 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. 9 is a side view schematically showing a state in which an external force is applied in the downward direction to the distal ends of a pair of opposed parallel beams (parallel beams) whose base ends are fixed to the casing.
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing stresses (extension stress and contraction stress) applied to a pair of parallel beams having external forces applied to the tips.
  • FIGS. 8 to 10 The upper side in FIGS. 8 to 10 is referred to as “upper” or “upper side”, and the lower side in FIGS. 8 to 10 is referred to as “lower” or “lower side”. Further, the left side in FIGS. 8 to 10 is referred to as a “base end”, and the right side in FIGS. 8 to 10 is referred to as a “tip”.
  • each beam is deformed into a substantially S shape as shown in FIG.
  • 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 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 volume of the coil 3 is sufficiently increased while the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 are
  • the beam spacing can be designed to be sufficiently small.
  • 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 value of the contraction stress applied to the magnetostrictive rod 2 by the beam member 73 is not particularly limited, but the bias magnetic field for making the amount of change in the magnetic flux density generated in the magnetostrictive rod 2 sufficient as the applied contraction stress increases.
  • the range of intensity becomes wider (broadband).
  • a magnetostrictive material mainly composed of an iron-gallium alloy Youngng's modulus: about 70 GPa
  • the shrinkage stress applied to the magnetostrictive rod 2 is 5 to 50 MPa.
  • the pressure is about 10 to 40 MPa.
  • 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 7 °, and preferably about 1 to 4 °. 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 (cross-sectional area), and therefore these cross-sectional 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 power generation device 1 can be used as a power source for sensors, wireless devices, and the like.
  • the present invention can be used in a system having the power generation device 1, a sensor, and a wireless device.
  • the illuminance, temperature, humidity, pressure, and noise of the facility living space can be measured by driving the sensor using the electrical energy (electric power) obtained by the power generator 1.
  • the wireless device using the power obtained by the power generation device 1, the data measured by the sensor is transmitted as detection data to an external device (server, host computer, etc.), and various control signals, It can be used as a monitoring signal.
  • the power generator 1 can also be used as a system (for example, a tire air pressure sensor or a seat belt wearing detection sensor) that monitors the state of each part of the vehicle. Moreover, the effect which reduces the noise from a vibrating body and an unpleasant vibration is also acquired by converting unnecessary vibration into electric power in this way with the electric power generating apparatus 1.
  • a system for example, a tire air pressure sensor or a seat belt wearing detection sensor
  • 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 providing a power supply (external power supply) and signal line wiring.
  • a wireless switch for house lighting, a system for home security (especially a system for wirelessly detecting operation of windows and doors) Etc. can be used.
  • the power generation device 1 by applying the power generation device 1 to each switch of the vehicle, it is not necessary to provide a power source and a signal line. Therefore, not only reducing the number of assembly steps, but also reducing the weight required for wiring provided in the vehicle, obtaining weight reduction of the vehicle, etc., suppressing the load on the tire, vehicle body, engine, and contributing to safety Can do.
  • 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 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 the power generation device 1 and a wireless device, the power generation device 1 can be effectively used for the above-described home illumination wireless switch, home security system, and the like. be able to.
  • 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. 11 is a plan view illustrating 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, so that 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 length of the beam member 73 is from the tip of the first block body 4 of the magnetostrictive rod 2 in a plan view before the connection portion 7 is connected to the block bodies 4 and 5.
  • the second block body 5 is configured to be longer than the length to the base end. Accordingly, the beam member 73 is configured to apply a bias stress to the magnetostrictive rod 2 in a natural state in a state where the connecting portion 7 is connected to each of the block bodies 4 and 5.
  • the electric power generating apparatus 1 of this embodiment can also be set as the following structures.
  • FIG. 12A is a right side view (a coil is omitted) for explaining a state before the connecting portion is attached to each block body in another configuration example of the power generation device of the first embodiment of the present invention.
  • FIG.12 (b) is a right view (coil is abbreviate
  • FIGS. 12A and 12B the upper side in FIGS. 12A and 12B is referred to as “upper” or “upper”, and the lower side in FIGS. 12A and 12B is referred to as “lower” or “lower”. " Further, the right side in FIGS. 12A and 12B is referred to as a “tip”, and the left side in FIGS. 12A and 12B is referred to as a “base end”.
  • the angle formed by the first connecting member 71 and the beam member 73 and the second connecting member 72 and the beam member are greater than those of the power generating device 1 shown in FIG.
  • the angle formed by 73 (bending angle) is increased.
  • the 1st connection member 71 and the 2nd connection member in the state before connecting the connection part 7 to each block body 4 and 5, in a side view, the 1st connection member 71 and the 2nd connection member the size of the step between 72 (the height from the lower surface of the second coupling member 72 to a lower surface of the first connecting member 71) is t 1.
  • step difference of the 1st connection member 71 and the 2nd connection member 72 in the side view in the state which connected the connection part 7 to each block body 4 and 5 is shown.
  • the length t 2 is configured to be smaller than t 1 (t 1 > t 2 ).
  • the second block body 5 is changed to the first block body 4 by the beam member 73.
  • it is pressed downward in FIG.
  • the proximal end portion 21 and the distal end portion 22 of the magnetostrictive rod 2 approach each other in a natural state, and contraction stress is applied to the magnetostrictive rod 2.
  • 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 may be fixed and connected by a method such as caulking, diffusion bonding, pin press-fitting, brazing, welding (laser welding, electric welding, etc.), adhesion using an adhesive, and the like.
  • FIG. 13 is a side view showing a second embodiment of the power generator of the present invention.
  • FIG. 14 is a side view showing another configuration example of the power generation device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIGS. 13 and 14 the upper side in FIGS. 13 and 14 is referred to as “upper” or “upper”, and the lower side in FIGS. 13 and 14 is referred to as “lower” or “lower”. Further, the right side in FIGS. 13 and 14 is referred to as “tip”, and the left side in FIGS. 13 and 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. 13 includes a magnetostrictive rod 2 and a beam member 8 around which a coil 3 is wound, a connecting yoke 46 that connects these base end portions, and tips of the magnetostrictive rod 2 and the beam member 8.
  • Connection yokes 56 and 57 provided on the respective sides, and a permanent magnet 6 provided between the connection yoke 56 and the connection yoke 57 are provided.
  • the connecting yoke 46 on the base end side is fixed to the support portion 47, and a coil spring 91 is provided below the connecting yoke 57.
  • each member described in the first embodiment can be used.
  • the beam member 8 is made of a magnetic material and has a function of applying stress to the magnetostrictive rod 2.
  • the constituent material of the beam member 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 average thickness of the beam member 8 has the same thickness as the beam member 73 in the first embodiment described above.
  • 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 8.
  • the connecting yoke 46 is provided with two upper and lower slits 461 and 462 formed along the width direction thereof.
  • the connecting yoke 46 is fixed by inserting the proximal end portion 21 of the magnetostrictive rod 2 into the lower slit 461 and inserting the proximal end portion of the beam member 73 into the upper slit 462.
  • 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 into the groove 471 and fixed.
  • the base end of the support portion 47 is fixed to the casing 100 of 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. Yes.
  • a connecting yoke 56 is provided on the distal end side of the beam member 8.
  • a slit 561 formed along the width direction is provided at the approximate center in the thickness direction of the connecting yoke 56, and the distal end portion of the beam member is inserted and fixed.
  • a connecting yoke 57 is provided on the tip side of the magnetostrictive rod 2.
  • a slit 571 formed along the width direction is provided at substantially the center in the thickness direction of the connecting yoke 57, and the distal end portion 22 of the magnetostrictive rod 2 is inserted and fixed.
  • a permanent magnet 6 is provided between the connecting yoke 56 and the connecting yoke 57.
  • the permanent magnet 6 has a cylindrical shape.
  • the S pole is arranged on the connecting yoke 56 side and the N pole is arranged on the connecting yoke 57 side.
  • a magnetic field loop around the clock is formed in the power generation device 1.
  • the connecting yokes 56 and 57 and the permanent magnet 6 function as weights that apply 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 in FIG. 13 is applied to these members. 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).
  • each connection yoke 46, 56, 57 and the support part 47 uses the material similar to the various materials which comprise the 1st block body 4 and the 2nd block body 5 in 1st Embodiment mentioned above. be able to.
  • a coil spring 91 is provided below the connecting yoke 57.
  • the coil spring 91 is disposed between the connecting yoke 57 and the non-vibrating base body 200 in an extended state (a state extending in the longitudinal direction from the natural length), one end is fixed to the lower surface of the connecting yoke 57, and the other end is Fixed to the substrate 200.
  • the magnetostrictive rod 2 (connection yoke 57) is pulled by the coil spring 91 to the lower side in the displacement direction (lower side in FIG. 13).
  • a contraction stress is applied to the magnetostrictive rod 2.
  • the coil spring 91 always constitutes a bias stress applying mechanism that applies a contraction stress to the magnetostrictive rod 2 (in a natural state and in a state where an external force is applied to the power generation device 1).
  • the contraction stress is applied to the magnetostrictive rod 2 in a natural state as in the case of the power generation device 1 of the first embodiment described above. Even when it is relatively large, the amount of change in magnetic flux density generated in the magnetostrictive rod 2 can be made sufficiently large. That is, even in the power generation apparatus 1 of this embodiment, the amount of change in magnetic flux density generated in the magnetostrictive rod 2 can be sufficiently increased over a wide bias magnetic field strength range.
  • a coil spring 91 in a contracted state (a state contracted in the longitudinal direction rather than the natural length) is disposed between the connecting yoke 56 and the base body 200, and both ends thereof are arranged.
  • the portion may be fixed to the upper surface of the connecting yoke 56 and the base body 200.
  • the magnetostrictive rod 2 is pressed to the lower side in the displacement direction (lower side in FIG. 14) by the coil spring 91.
  • a contraction stress is given to the magnetostrictive rod 2, and the effect
  • the coil 3 may be wound around the outer periphery of the beam member 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 beam member 8 also changes in the same manner, so that a voltage can be generated in the coil 3 as in the power generator 1 having the above-described configuration.
  • each member is fixed and connected by, for example, screwing, caulking, diffusion bonding, pin press-fitting, brazing, welding (laser welding, electric welding, etc.), bonding with an adhesive, or the like. Can be linked.
  • an elastic member having the same function can be used instead of the coil spring 91.
  • an extended leaf spring can be used instead of the coil spring 91.
  • 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 side view showing a third embodiment of the power generator of the present invention.
  • the upper side in FIG. 15 is referred to as “upper” or “upper”, and the lower side in FIG. 15 is referred to as “lower” or “lower”.
  • the right side in FIG. 15 is referred to as “tip”, and the left side in FIG. 15 is referred to as “base end”.
  • the power generation device of the third embodiment will be described with a focus on differences from the power generation devices of the first and the embodiments, and description of similar matters will be omitted.
  • the power generation device 1 shown in FIG. 15 is the same as the power generation device 1 of the second embodiment except that a magnet 92 is disposed instead of the coil spring 91 between the connecting yoke 57 and the base body 200. is there.
  • the magnet 92 is arranged on the base body 200 so as to be separated from the connection yoke 57 in a natural state. Further, the magnet 92 is configured to overlap the connecting yoke 57 in plan view.
  • the magnet 92 has a cylindrical shape and is made of the same material as the permanent magnet 6 of the first embodiment described above.
  • the magnet 92 is arranged with the south pole on the connecting yoke 57 side and the north pole on the base body 200 side.
  • the connecting yoke 57 is made of a magnetic material, the connecting yoke 57 is attracted to the lower side in the displacement direction of the magnetostrictive rod 2 (lower side in FIG. 15) by the magnet 92. As a result, a contraction stress is applied to the magnetostrictive rod 2.
  • the magnet 92 and the connecting yoke 57 constitute a bias stress applying mechanism that always applies a contraction stress to the magnetostrictive rod 2.
  • the magnet 92 is disposed so as to overlap with the connecting yoke 57 in plan view, but from the viewpoint of preventing the magnetic field lines from the magnet 92 from interfering with the magnetic field loop formed in the power generation device 1.
  • the connecting yoke 57 is preferably disposed so as to overlap the base end side.
  • the magnet 92 is disposed on the base body 200 so that the south pole is on the connection yoke 57 side, but is disposed so that the north pole is on the connection yoke 57 side. May be.
  • the power generator 1 according to the third embodiment also produces the same operations and effects as those of the power generator 1 according to the first and second embodiments.
  • FIG. 16 is a perspective view showing a fourth embodiment of the power generator of the present invention.
  • 17 is a side view of the power generator shown in FIG.
  • FIG. 18 is a side view showing another configuration example of the power generating device according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIGS. 16 to 18 the upper side in FIGS. 16 to 18 is referred to as “upper” or “upper”, and the lower side in FIGS. 16 to 18 is referred to as “lower” or “lower”.
  • the right rear side in FIG. 16 and the right side in FIGS. 17 and 18 are referred to as “tip”, and the left front side in FIG. 16 and the left side in FIGS. 17 and 18 are referred to as “base ends”.
  • the power generation device of the fourth embodiment will be described focusing on differences from the power generation devices of the first to third embodiments, and description of similar matters will be omitted.
  • the power generator 1 shown in FIG. 16 includes two magnetostrictive rods 2 and 2 provided side by side, a coil 3 wound on the outer peripheral side (outer periphery) of each magnetostrictive rod 2, the base ends of each magnetostrictive rod 2, and The connecting yoke 46 and the connecting yoke 58 for connecting the tip portions to each other, the yoke 10 provided with each magnetostrictive rod 2, the connecting yoke 46 and the yoke 10, and the connecting yoke 58 and the yoke 10 are provided. And two permanent magnets 6. Further, the base-side connection yoke 46 is fixed to the support portion 47, and the tip-side connection yoke 58 is fixed to a weight portion (mass portion) 59.
  • the bias stress applying mechanism is configured by a pair of coil springs 93 provided on the front side and the back side in FIG. 17 via the two magnetostrictive rods 2 and 2. Yes.
  • each member described in the first embodiment can be used.
  • the connecting yoke 46 is connected to the base end portion 21 of each magnetostrictive rod 2. Similarly to the connection yoke 46 of the second embodiment described above, the connection yoke 46 is provided with two upper and lower slits 461 and 462 formed along the width direction, and each magnetostrictive rod is provided in each slit 461 and 462. Two base end portions 21 are inserted and fixed. A pair of bars 463 are formed between the slits 461 and 462 on both side surfaces of the connecting yoke 46.
  • connection yoke 46 is fixed to the support portion 47 similar to that of the second embodiment described above on the base end side.
  • the connecting yoke 58 is connected to the tip 22 of each magnetostrictive rod 2.
  • the connecting yoke 58 is provided with two upper and lower slits 581 and 582 formed along the width direction thereof, and the distal end portion 22 of each magnetostrictive rod 2 is inserted and fixed in each slit 581 and 582. Yes.
  • a pair of bars 583 are formed on both side surfaces of the connecting yoke 56 between the slits 581 and 582.
  • the connecting yoke 58 is fixed to the weight portion 59 on the tip side.
  • the weight portion 59 has a flat plate shape, and a groove portion 591 that penetrates in the width direction is formed in the approximate center of the base end side. A connecting yoke 58 is inserted and fixed in the groove 591.
  • the weight portion 59 together with the connecting yoke 58, functions as a weight that imparts external force or vibration to the magnetostrictive rod 2.
  • the external force or vibration in the vertical direction in FIG. 17 is applied to the weight portion 59 and the connecting yoke 58 by the vibration of the vibrating body.
  • 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 58, the support portion 47, and the weight portion 59 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 10 has a long flat plate shape and is provided side by side with the two magnetostrictive rods 2 and 2 in the width direction.
  • the constituent material of the yoke 10 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 10 is arranged with the S pole on the connecting yoke 46 side and the N pole on the yoke 10 side.
  • the permanent magnet 6 provided between the connecting yoke 58 and the yoke 10 is arranged with the south pole on the yoke 10 side and the north pole on the connecting yoke 58 side. As a result, a magnetic field loop around the clock is formed in the power generation device 1.
  • a pair of coil springs 93 are provided on the front side and the back side in FIG. 17 via the magnetostrictive rods 2 and 2.
  • Each coil spring 93 is in an extended state, and one end is fixed to the bar 463 of the connecting yoke 46 and the other end is fixed to the bar 583 of the connecting yoke 58.
  • connection yoke 46 and the connection yoke 58 are pulled by the coil spring 93 in the approaching direction. That is, the coil spring 93 is pulled in a direction in which the proximal end and the distal end of each magnetostrictive rod 2 approach each other. As a result, a contraction stress is applied to the magnetostrictive rod 2.
  • the coil spring 93 constitutes a bias stress applying mechanism that always applies a contraction stress to the magnetostrictive rod 2.
  • the contraction stress is applied to the magnetostrictive rod 2 in a natural state, similarly to the power generation apparatuses 1 of the first to third embodiments described above. Even when the strength of the magnetic field is relatively large, the amount of change in the magnetic flux density generated in the magnetostrictive rod 2 can be made sufficiently large. That is, even in the power generation apparatus 1 of this embodiment, the amount of change in magnetic flux density generated in the magnetostrictive rod 2 can be sufficiently increased over a wide bias magnetic field strength range.
  • a wire 94 as shown in FIG. 18 can be used.
  • 18 has a configuration in which the base end portions 21 and the tip end portions 22 of the magnetostrictive rods 2 are connected to each other by a support portion 47 and a weight portion 59, respectively, and the back side in the drawing of FIG.
  • the yoke 10 is fixed via two permanent magnets 6.
  • the wire 94 is made of, for example, a metal wire, and both ends thereof are fixed by fixing portions 941 and 942 and caulking or the like.
  • Each fixing portion 941, 942 is provided with a through hole penetrating in the width direction, and each fixing portion 941, 942 is a bar provided in the support portion 47 and the weight portion 59 via the through hole, respectively. 473 and 593 are fixed.
  • the coil spring 93 of the present embodiment described above is used.
  • the magnetostrictive rod 2 is pulled in the direction in which the proximal end and the distal end approach each other. Thereby, shrinkage stress can always be applied to each magnetostrictive rod 2.
  • the wire 94 is then thermally contracted by cooling, and thereby the base end of the magnetostrictive rod 2 and It is pulled in the direction in which the tip approaches.
  • a shape memory wire shorter than the length from the distal end of the support portion 47 to the proximal end of the weight portion 59 is used as the wire rod 94, each of the fixing portions 941 is first heated and stretched. 942 is fixed to the bars 473 and 593.
  • each member is fixed and connected by, for example, screwing, caulking, diffusion bonding, pin press fitting, brazing, welding (laser welding, electric welding, etc.), bonding with an adhesive, or the like. Can be linked.
  • the coil 3 may be wound around the outer circumference of the yoke 10 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 10 also changes in the same manner, so that a voltage can be generated in the coil 3 in the same manner as the power generator 1 having the above configuration.
  • the power generator 1 according to the fourth embodiment produces the same operations and effects as the power generator 1 according to the first to third embodiments.
  • each configuration can be replaced with an arbitrary configuration that can exhibit the same function, or an arbitrary configuration can be added.
  • the arbitrary configurations of the first to fourth 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. Furthermore, both permanent magnets may be omitted, and a configuration may be adopted in which power is generated using an external magnetic field (external magnetic field).
  • the permanent magnet 6 and the magnet 92 in the second to fourth embodiments can be replaced with electromagnets. Furthermore, at least one of the permanent magnet 6 and the magnet 92 may be omitted, and power may be generated using an external magnetic field (external magnetic field).
  • 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.
  • a contraction stress is applied to the magnetostrictive rod in a natural state (a state where no external force is applied to the power generation device), so that it is compared with a magnetostrictive rod in a state where no stress is generated. , Its magnetic permeability is lowered. For this reason, in such a power generation device, the amount of change in magnetic flux density accompanying the generation of elongation stress (tensile stress) of the magnetostrictive rod can be increased. Can be sufficiently increased. Therefore, the present invention has industrial applicability.

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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とを有している。梁部材７３は、磁歪棒２と併設され、磁歪棒２の一端と他端とを接近させることによって、磁歪棒２に収縮応力を付与するように構成されている。また、発電装置１では、梁部材７３と磁歪棒２との間隔が、側面視において、磁歪棒２の一端よりも他端において小さくなっているのが好ましい。

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、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、各磁歪棒の透磁率が変化する結果、これ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。
　このような磁歪棒は、一般的に、収縮応力の発生に伴う磁束密度（透磁率）の変化量（低下量）が大きく、その一方で、伸長応力の発生に伴う磁束密度（透磁率）の変化量（増加量）が小さいという特性を有する。そのため、発電装置に外力を付与して、磁歪棒に伸長応力と収縮応力とを交互に発生させても、伸長応力分の磁束密度の変化量が小さいため、磁歪棒の磁束密度を十分に変化させることが難しい。
　また、磁歪棒の磁束密度の変化量は、磁歪棒に印加されるバイアス磁界の強度によっても影響を受ける。一般的には、印加されるバイアス磁界の強度が大きくなると、その磁束密度の変化量は小さくなる。
　したがって、特許文献１に記載の発電装置では、磁歪棒に印加されるバイアス磁界の強度が大きいと、付与する外力を極めて大きくし、磁歪棒に発生する伸長応力および収縮応力の大きさを十分に高めなければ、磁歪棒の磁束密度の変化量を十分に大きく（具体的には、１Ｔ程度）することができず、効率の良い発電が困難となる。
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、広範囲のバイアス磁界において、効率の良い発電が可能な発電装置、すなわち、設計の自由度が高い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）～（１３）の本発明により達成される。
　（１）　磁歪材料で構成され、軸方向に磁力線を通過させる磁歪棒と、
　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、
　前記磁歪棒に、自然状態で収縮応力を付与するバイアス応力付与機構とを有し、
　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ていることを特徴とする発電装置。
　（２）　前記バイアス応力付与機構は、前記磁歪棒と併設され、前記磁歪棒の前記一端と前記他端とを接近させることにより、前記磁歪棒に収縮応力を付与する梁部材を備える上記（１）に記載の発電装置。
　（３）　前記梁部材と前記磁歪棒との間隔が、側面視において、前記磁歪棒の前記一端よりも前記他端において小さくなっている上記（２）に記載の発電装置。
　（４）　前記梁部材は、非磁性材料で構成されている上記（２）または（３）に記載の発電装置。
　（５）　前記磁歪棒は、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（２）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）　前記バイアス応力付与機構は、前記磁歪棒に収縮応力を付与する弾性部材を備える上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の発電装置。
　（８）　前記弾性部材は、前記磁歪棒の前記他端を、前記磁歪棒が変位する変位方向に押圧または引張ることにより、前記磁歪棒に収縮応力を付与するコイルばねで構成されている上記（７）に記載の発電装置。
　（９）　前記弾性部材は、前記磁歪棒の前記一端と前記他端とを接近する方向に前記磁歪棒を引張るコイルばねで構成されている上記（７）または（８）に記載の発電装置。
　（１０）　前記弾性部材は、前記磁歪棒の前記一端と前記他端とを接近する方向に前記磁歪棒を引張る線材で構成されている上記（７）または（８）に記載の発電装置。
　（１１）　前記バイアス応力付与機構は、さらに、前記磁歪棒の前記先端側に設けられた磁性部材を備え、前記磁歪棒に収縮応力を付与するように前記磁性部材を吸引する磁石を備える上記（１）ないし（１０）のいずれかに記載の発電装置。
　（１２）　前記発電装置は、さらに、磁性材料で構成され、前記磁歪棒の前記一端を収容する収容部を備える第１のブロック体と、磁性材料で構成され、前記磁歪棒の前記他端を収容する収容部を備える第２のブロック体とを有する上記（１）ないし（１１）のいずれかに記載の発電装置。
　（１３）　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（１２）のいずれかに記載の発電装置。
　本発明によれば、自然状態（発電装置に外力が付与されていない状態）で磁歪棒に収縮応力（圧縮応力）が付与されることにより、応力が発生していない状態の磁歪棒に比べて、その透磁率が低くなる。そのため、かかる発電装置では、磁歪棒の伸長応力（引張応力）の発生に伴う磁束密度の変化量を大きくすることができ、磁歪棒に伸長応力と収縮応力とを交互に発生させると、磁歪棒に生じる磁束密度の変化量を十分に大きくすることができる。
　また、一般的に、磁歪棒に生じる磁束密度の変化量は、印加されるバイアス磁界の強度が所定の値（最適値）までは大きくなり、この強度が最適値を超えて大きくなるにしたがって小さくなる。本発明では、磁歪棒に印加されるバイアス磁界の強度が最適値よりも大きくなる場合でも、磁歪棒に生じる磁束密度の変化量を十分に大きくすることができる。すなわち、広いバイアス磁界の強度範囲にわたって、磁歪棒に生じる磁束密度の変化量を十分に大きくすることができる。これにより、広範囲のバイアス磁界において、効率の良い発電が可能な発電装置、すなわち、設計の自由度が高い発電装置を提供することができる。
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）に示す各磁歪素子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（ａ）および図７（ｂ）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、付与される応力に応じた、印加されるバイアス磁界（Ｈ）と磁束密度（Ｂ）との関係を示すグラフである。図７（ｃ）は、かかる磁歪棒において、磁歪棒に応力が発生していない状態を基準として、付与される外力に応じた、印加されるバイアス磁界（Ｈ）と磁束密度の変化量（ΔＢ）との関係を示すグラフである。図７（ｄ）は、かかる磁歪棒において、１４．１５ＭＰａの収縮応力が発生している状態を基準として、付与される外力に応じた、印加されるバイアス磁界（Ｈ）と磁束密度の変化量（ΔＢ）との関係を示すグラフである。 図８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９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１０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１１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１２（ａ）は、本発明の第１実施形態の発電装置の他の構成例において、連結部を各ブロック体に取り付ける前の状態を説明するための右側面図（コイルは省略）である。図１２（ｂ）は、本発明の第１実施形態の発電装置の他の構成例の右側面図（コイルは省略）である。 図１３は、本発明の発電装置の第２実施形態を示す側面図である。 図１４は、本発明の第２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１５は、本発明の発電装置の第３実施形態を示す側面図である。 図１６は、本発明の発電装置の第４実施形態を示す斜視図である。 図１７は、図１６に示す発電装置の側面図である。 図１８は、本発明の第４実施形態の発電装置の他の構成例を示す側面図である。
　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）に示す各磁歪素子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、磁力線が軸方向に通過するように配置されたコイル３と、磁歪棒２に応力を付与する機能を有する梁部材７３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。
　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。
　また、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。
　なお、図示しないが、コイル３を構成する線材３１の両端は、例えば、無線装置（無線通信装置）等の電気回路に接続される。これにより、コイル３に発生した電圧（電力）を電気回路の電源として利用することができる。
　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（引張応力）または収縮応力（圧縮応力）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、各磁歪棒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、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が各高背部４１（第１のブロック体４）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、カシメ、拡散接合、ピンの圧入、ろう付け、溶接（レーザ溶接、電気溶接等）、接着剤による接着等でも良い。
　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定され、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。
　さらに、連結部７を第１のブロック体４および第２のブロック体５に連結する前の状態で、梁部材７３の長さは、平面視において、磁歪棒２の第１のブロック体４の先端から第２のブロック体５の基端までの長さよりも長くなるように構成されている。本実施形態では、このような梁部材７３を備える連結部７により、第１のブロック体４同士および第２のブロック体５同士が連結されている。そのため、発電装置１では、梁部材７３により、第２のブロック体５が、第１のブロック体４に対して梁部材７３の長手方向（図３（ｂ）中、右下方向）に押圧される。これにより、自然状態（発電装置１に外力が付与されていない状態）で磁歪棒２の基端部２１と先端部２２とが接近し、磁歪棒２に収縮応力が付与される（図３（ｂ））。本実施形態では、かかる梁部材７３が、自然状態で磁歪棒２にバイアス応力（収縮応力）を付与するバイアス応力付与機構を構成する。
　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。
　かかる発電装置１において、コイル３に発生する電圧の大きさ（発電量）は、磁歪棒２の磁束密度の変化量に比例する。この磁歪棒２の磁束密度の変化量は、印加されるバイアス磁界の大きさと、磁歪棒２に発生する応力（伸長応力または収縮応力）の大きさとにより決まる。
　図７は、具体例として、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、印加されるバイアス磁界（Ｈ）と磁束密度（Ｂ）との関係、および印加されるバイアス磁界（Ｈ）と磁束密度の変化量（ΔＢ）との関係を示すグラフである。
　具体的には、図７（ａ）および図７（ｂ）は、かかる磁歪棒において、付与された応力に応じた、印加されるバイアス磁界（Ｈ）と磁束密度（Ｂ）との関係を示すグラフである。図７（ｃ）は、かかる磁歪棒において、応力が発生していない状態を基準として、付与される外力に応じた、印加されるバイアス磁界（Ｈ）と磁束密度の変化量（ΔＢ）との関係を示すグラフである。図７（ｄ）は、かかる磁歪棒において、磁歪棒に１４．１５ＭＰａの収縮応力が発生している状態を基準として、付与される外力に応じた、印加されるバイアス磁界（Ｈ）と磁束密度の変化量（ΔＢ）との関係を示すグラフである。
　なお、磁歪棒に応力が発生していない状態（±０ＭＰａ）におけるバイアス磁界（Ｈ）と磁束密度（Ｂ）との関係（Ｈ－Ｂ曲線）は、図７（ａ）中、太線で示されている。また、磁歪棒に１４．１５ＭＰａの収縮応力が発生している状態（－１４．１５ＭＰａ）におけるバイアス磁界（Ｈ）と磁束密度（Ｂ）との関係（Ｈ－Ｂ曲線）は、図７（ｂ）中、太線で示されている。なお、以下の説明では、例えば、自然状態でバイアス応力が付与されない磁歪棒に「±１４．１５ＭＰａの応力を発生させる」とは、磁歪棒に１４．１５ＭＰａの伸長応力（＋１４．１５ＭＰａ）と１４．１５ＭＰａの収縮応力（－１４．１５ＭＰａ）とを交互に発生させることを意味する。
　図７（ａ）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、発生する伸長応力が大きくなるにしたがって、その透磁率が高くなる。その結果、磁歪棒を軸方向に通過する磁力線の密度（磁束密度）が高くなる（図７（ａ）中、太線よりも上側の各Ｈ－Ｂ曲線参照）。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、発生する収縮応力が大きくなるにしたがって、その透磁率が低くなる。その結果、磁歪棒を通過する磁束密度が低くなる（図７（ａ）中、太線よりも下側の各Ｈ－Ｂ曲線参照）。
　ところで、図７（ａ）に示すように、このような磁歪棒は、収縮応力の発生に伴う磁束密度（透磁率）の変化量、すなわち、応力が発生していない状態の磁歪棒の磁束密度からの低下量が大きい。その一方、伸長応力の発生に伴う磁束密度（透磁率）の変化量、すなわち、応力が発生していない状態の磁歪棒の磁束密度からの増加量が小さい。
　そのため、自然状態でバイアス応力が付与されない磁歪棒に、一定の大きさの伸長応力と収縮応力とを交互に発生させても、その伸長応力分の磁束密度の変化量が小さいため、印加されるバイアス磁界の大きさによっては、磁歪棒の磁束密度を十分に変化させることは難しい。
　例えば、図７（ｃ）に示すように、自然状態でバイアス応力が付与されない磁歪棒に、±１４．１５ＭＰａの応力を発生させる際に、１Ｔ以上の磁束密度の変化量（ΔＢ）を得るために必要なバイアス磁界の大きさは、おおよそ０．８～２．８ｋＡ／ｍ程度である。また、かかる磁歪棒に、±４９．５６ＭＰａの応力を発生させる際に、１Ｔ以上の磁束密度の変化量（ΔＢ）を得るために必要なバイアス磁界の大きさは、おおよそ０．８～９．８ｋＡ／ｍ程度である。
　これに対し、発電装置１では、自然状態において、磁歪棒２に収縮応力が付与されるため、応力が発生していない状態の磁歪棒に比べて磁歪棒２の透磁率が低くなる。磁歪棒２は、この収縮応力が付与された状態を基準として伸縮する。
　例えば、図７（ｂ）に示すように、自然状態において、磁歪棒に１４．１５ＭＰａの収縮応力が付与される場合には、磁歪棒２は、図７（ｂ）中の太線を基準として伸縮する。この場合、伸長応力の発生に伴う磁束密度の変化量（増加量）が、自然状態でバイアス応力が付与されない磁歪棒に伸長応力を付与した際の磁束密度の変化量よりも大きくなる。
　したがって、発電装置１の磁歪棒２では、収縮応力の発生に伴う磁束密度の変化量とともに、伸長応力の発生に伴う磁束密度の変化量をも大きくすることができる。これにより、十分な磁束密度の変化量（１Ｔ以上）を得るために必要となるバイアス磁界の強度範囲を大きくすることができる。
　例えば、図７（ｄ）に示すように、自然状態で１４．１５ＭＰａの収縮応力が付与される磁歪棒に、±１４．１５ＭＰａの応力を発生させる、すなわち、磁歪棒に発生する応力が、交互に０ＭＰａ、－２８．３ＭＰａとなるようにする。その際に、１Ｔ以上の磁束密度の変化量（ΔＢ）を得るために必要なバイアス磁界の大きさは、おおよそ１．６～５．７ｋＡ／ｍ程度である。また、かかる磁歪棒に、±４９．５６ＭＰａの応力を発生させる、すなわち、磁歪棒に発生する応力が、交互に＋３５．４ＭＰａ、－６３．７１ＭＰａとなるようにする。その際に、１Ｔ以上の磁束密度の変化量（ΔＢ）を得るために必要なバイアス磁界の大きさは、おおよそ０．７～１３ｋＡ／ｍ程度である。
　図７（ｃ）と図７（ｄ）との比較から、自然状態で収縮応力が付与された（バイアス応力が付与された）磁歪棒では、十分な磁束密度の変化量を得るために必要なバイアス磁界の強度範囲が大きくなることが分かる。
　このように、発電装置１では、磁歪棒２に十分な磁束密度変化を生じさせるためのバイアス磁界の強度範囲が広くなる。そのため、例えば、永久磁石６として、その大きさや形状が異なる磁石を用いたり、保持力や最大エネルギー積等の特性が異なる磁石を用いた場合でも、同様にして、磁歪棒２に磁束密度の変化を生じさせることができる。また、磁歪棒２と永久磁石６との位置関係を変更して、磁歪棒２に印加されるバイアス磁界の強度が変わった場合でも、磁歪棒２に十分な磁束密度の変化を生じさせることができる。このように、発電装置１では、その構成（各部材の大きさ、配設位置等）をある程度自由に設計変更した場合でも、磁歪棒２の磁束密度の変化量を十分に大きくすることができる。すなわち、発電装置１では、その設計の自由度を高くすることができる。また、発電装置１では、広い強度範囲のバイアス磁界において、大きい発電量を得ることができる。そのため、発電装置１を構成する各部材の材料特性、形状公差、組み立て時における部材同士の取り付け位置のズレ等から生じる組立誤差等により磁歪棒２に印加されるバイアス磁界の大きさにバラつきが生じても、発電装置１では、十分に大きい発電量を安定的に得ることができる。
　また、発電装置１において、磁歪棒２は、収縮応力が付与された状態を基準として伸縮する。同じ大きさの外力が付与された場合には、この磁歪棒２に発生する伸長応力の大きさは、自然状態で応力が付与されない状態を基準に伸縮する磁歪棒に比べて小さくなる。一般的に、ある部材に伸長応力を繰り返し発生させると、その部材は、劣化し易くなり、耐久性が低下する。一方、発電装置１の磁歪棒２では、自然状態で収縮応力が付与されるため、発電装置１を繰り返し使用しても、磁歪棒２が劣化するのを防止し、優れた耐久性を維持することができる。
　特に、上述した磁歪棒２を構成する材料は、選択できる種類が限られており、また、その剛性が比較的低い。発電装置１では、磁歪棒２とともに平行梁として機能する梁部材７３として、後述するような比較的剛性の高い材料を用いることにより、磁歪棒２および梁部材７３（連結部７）の耐久性が向上し、発電装置１の長寿命化を図ることができる。
　また、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。そのため、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る。
　上述したように、発電装置１では、磁歪棒２に発生する伸長応力および収縮応力が比較的小さい場合でも、幅広いバイアス磁界の強度範囲にわたって、その磁束密度の変化量を十分に大きくすることができる。その上、磁歪棒２に発生する応力のバラつきを少なくし、磁歪棒２に一様な応力を生じさせることができるため、発電装置１は、付与された外力により、より効率良く発電することができる。
　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、基端側における磁歪棒２、２と梁部材７３と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８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９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１０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８～図１０中の上側を、「上」または「上側」と言い、図８～図１０中の下側を、「下」または「下側」と言う。また、図８～図１０中の左側を、「基端」と言い、図８～図１０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８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８に示すように曲げ変形するとともに、図９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８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１０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１０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。
　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８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。
　また、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の発電効率を向上させることができる。
　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、梁部材７３により磁歪棒２に付与される収縮応力の値は特に限定されないが、付与される収縮応力が大きいほど、磁歪棒２に生じる磁束密度の変化量を十分にするためのバイアス磁界強度の範囲が広くなる（広帯域化する）。例えば、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、磁歪棒２に付与される収縮応力が、５～５０ＭＰａ程度であるのが好ましく、１０～４０ＭＰａ程度であるのがより好ましい。
　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、０．５～７°程度であるのが好ましく、１～４°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、図３（ｂ）に示すように、各磁歪棒２と梁部材７３とが、ほぼ同じ断面積（横断面積）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。
　この発電装置１は、センサー、無線装置等の電源として用いることができる。例えば、発電装置１、センサーおよび無線装置を有するシステムに利用することができる。かかるシステムでは、発電装置１で得られた電気エネルギー（電力）を利用してセンサーを駆動することにより、施設居住空間の照度、温度、湿度、圧力、騒音を計測することができる。さらに、発電装置１で得られた電力を利用して無線装置を駆動させることにより、センサーで計測されたデータは、検出データとして外部機器（サーバーやホストコンピュータ等）に送信され、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、発電装置１は、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、発電装置１によって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（外部電源）および信号線の配線を設けなくとも機能し、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、電源および信号線の配線を設ける必要がなくなる。そのため、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、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。
　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、発電装置１と無線装置とを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。
　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１１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１１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、上記の説明では、連結部７を各ブロック体４、５に連結する前の状態で、梁部材７３の長さが、平面視において、磁歪棒２の第１のブロック体４の先端から第２のブロック体５の基端までの長さよりも長くなるように構成している。これにより、連結部７を各ブロック体４、５に連結した状態で、梁部材７３が、自然状態で磁歪棒２にバイアス応力を付与するように構成している。ただし、本実施形態の発電装置１は、以下のような構成とすることもできる。
　図１２（ａ）は、本発明の第１実施形態の発電装置の他の構成例において、連結部を各ブロック体に取り付ける前の状態を説明するための右側面図（コイルは省略）である。図１２（ｂ）は、本発明の第１実施形態の発電装置の他の構成例の右側面図（コイルは省略）である。
　なお、以下の説明では、図１２（ａ）および（ｂ）中の上側を「上」または「上方」と言い、図１２（ａ）および（ｂ）中の下側を「下」または「下方」と言う。また、図１２（ａ）および（ｂ）中の右側を「先端」と言い、また、図１２（ａ）および（ｂ）中の左側を「基端」と言う。
　図１２（ａ）および（ｂ）に示す発電装置１では、図３に示す発電装置１よりも、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（曲げ角度）を大きくする。
　図１２（ａ）に示すように、かかる発電装置１では、連結部７を各ブロック体４、５に連結する前の状態で、側面視において、第１の連結部材７１と第２の連結部材７２との段差の大きさ（第２の連結部材７２の下面から第１の連結部材７１の下面までの高さ）がｔ１である。そして、図１２（ｂ）に示すように、連結部７を各ブロック体４、５に連結した状態で、側面視において、第１の連結部材７１と第２の連結部材７２との段差の大きさｔ２は、ｔ１よりも小さく（ｔ１＞ｔ２）なるように構成される。
　このように、各連結部材７１、７２と梁部材７３とのなす角度を大きく設計することによって、発電装置１では、梁部材７３により、第２のブロック体５が、第１のブロック体４に対して、図１２（ｂ）中下方向に押圧される。これにより、自然状態で磁歪棒２の基端部２１と先端部２２とが接近し、磁歪棒２に収縮応力が付与される。
　かかる構成の発電装置１でも、上述した本実施形態の発電装置１と同様の作用・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、カシメ、拡散接合、ピンの圧入、ろう付け、溶接（レーザ溶接、電気溶接等）、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１３は、本発明の発電装置の第２実施形態を示す側面図である。図１４は、本発明の第２実施形態の発電装置の他の構成例を示す側面図である。
　なお、以下の説明では、図１３および図１４中の上側を「上」または「上方」と言い、図１３および図１４中の下側を「下」または「下方」と言う。また、図１３および図１４中の右側を「先端」と言い、図１３および図１４中の左側を「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１３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８と、これらの基端部同士を連結する連結ヨーク４６と、磁歪棒２および梁部材８の先端側にそれぞれ設けられた連結ヨーク５６、５７と、連結ヨーク５６と連結ヨーク５７との間に設けられた永久磁石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に固定されており、連結ヨーク５７の下側には、コイルばね９１が設けられている。
　なお、本実施形態の磁歪棒２およびコイル３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。
　梁部材８は、磁性材料で構成され、磁歪棒２に応力を付与する機能を有する。
　梁部材８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。
　また、梁部材８の平均厚さは、前述した第１実施形態における梁部材７３と同程度の厚さを有しているのが好ましい。
　連結ヨーク４６は、磁歪棒２の基端部２１および梁部材８の基端部と連結する。
　連結ヨーク４６には、その幅方向に沿って形成された上下２つのスリット４６１、４６２が設けられている。この連結ヨーク４６は、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、固定されている。
　この連結ヨーク４６は、その基端側において支持部４７と固定されている。
　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が挿入されて、固定されている。
　本実施形態の発電装置１では、支持部４７の基端を振動体の筐体１００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。
　梁部材８の先端側には、連結ヨーク５６が設けられている。
　連結ヨーク５６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５６１が設けられており、梁部材の先端部が挿入され、固定されている。
　磁歪棒２の先端側には、連結ヨーク５７が設けられている。
　連結ヨーク５７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５７１が設けられており、磁歪棒２の先端部２２が挿入され、固定されている。
　連結ヨーク５６と連結ヨーク５７との間には、永久磁石６が設けられている。
　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１３に示すように、Ｓ極を連結ヨーク５６側に、Ｎ極を連結ヨーク５７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、各連結ヨーク５６、５７および永久磁石６が、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、これらの部材に対して、図１３の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、５７および支持部４７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。
　連結ヨーク５７の下側にはコイルばね９１が設けられている。
　コイルばね９１は、伸長状態（自然長よりも長手方向に伸びた状態）で、連結ヨーク５７と振動しない基体２００との間に配置され、一端が連結ヨーク５７の下面に固定され、他端が基体２００に固定される。
　発電装置１では、図１３に示すように、磁歪棒２（連結ヨーク５７）が、コイルばね９１により、その変位方向下側（図１３中の下側）に引張られる。これにより、磁歪棒２に収縮応力が付与される。本実施形態では、コイルばね９１が、常に（自然状態および発電装置１に外力が付与された状態において）磁歪棒２に収縮応力を付与するバイアス応力付与機構を構成する。
　かかる構成の発電装置１においても、前述した第１実施形態の発電装置１と同様に、自然状態で磁歪棒２に収縮応力が付与されるため、磁歪棒２に印加されるバイアス磁界の強度が比較的大きい場合でも、磁歪棒２に生じる磁束密度の変化量を十分に大きくすることができる。すなわち、かかる本実施形態の発電装置１でも、広いバイアス磁界の強度範囲にわたって、磁歪棒２に生じる磁束密度の変化量を十分に大きくすることができる。
　なお、本実施形態では、図１４に示すように、収縮状態（自然長よりも長手方向に縮んだ状態）のコイルばね９１を、連結ヨーク５６と基体２００との間に配置して、その両端部を連結ヨーク５６の上面および基体２００と固定する構成としてもよい。かかる構成では、コイルばね９１により、磁歪棒２は、その変位方向下側（図１４中の下側）に押圧される。これにより、磁歪棒２に収縮応力が付与され、上述した本実施形態の発電装置１と同様の作用・効果が生じる。
　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、梁部材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、梁部材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。
　なお、各部材の固定、連結は、例えば、ネジ止め、カシメ、拡散接合、ピンの圧入、ろう付け、溶接（レーザ溶接、電気溶接等）、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。
　また、上述したコイルばね９１の代わりに、同じ機能を有する弾性部材を用いることもできる。例えば、図１３に示す発電装置１において、コイルばね９１の代わりに、伸長状態の板ばねを用いることもできる。
　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実施形態を示す側面図である。
　なお、以下の説明では、図１５中の上側を「上」または「上方」と言い、図１５中の下側を「下」または「下方」と言う。また、図１５中の右側を「先端」と言い、図１５中の左側を「基端」と言う。
　以下、第３実施形態の発電装置について、前記第１および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１５に示す発電装置１は、連結ヨーク５７と基体２００との間に、コイルばね９１の代わりに、磁石９２を配設している以外は、前記第２実施形態の発電装置１と同様である。
　磁石９２は、図１５に示すように、自然状態で連結ヨーク５７から離間して、基体２００上に配置されている。また、平面視において、磁石９２は、連結ヨーク５７と重なるように構成されている。
　かかる磁石９２は、円柱状をなしており、前述した第１実施形態の永久磁石６と同様の材料で構成されている。この磁石９２は、Ｓ極を連結ヨーク５７側に、Ｎ極を基体２００側にして配置されている。
　発電装置１では、連結ヨーク５７が磁性材料で構成されているため、磁石９２により、連結ヨーク５７が磁歪棒２の変位方向下側（図１５中の下側）に吸引される。これにより、磁歪棒２に収縮応力が付与される。本実施形態では、磁石９２と連結ヨーク５７（磁性部材）とが、常に磁歪棒２に収縮応力を付与するバイアス応力付与機構を構成する。
　かかる構成の発電装置１においても、前述した第１および第２実施形態の発電装置１と同様に、自然状態で磁歪棒２に収縮応力が付与される。そのため、磁歪棒２に印加されるバイアス磁界の強度が比較的大きい場合でも、磁歪棒２に生じる磁束密度の変化量を十分に大きくすることができる。すなわち、かかる本実施形態の発電装置１でも、広いバイアス磁界の強度範囲にわたって、磁歪棒２に生じる磁束密度の変化量を十分に大きくすることができる。
　また、磁石９２は、平面視において、連結ヨーク５７と重なるように配設されているが、磁石９２からの磁力線が発電装置１に形成された磁界ループと干渉しないようにする観点から、平面視において、連結ヨーク５７の基端部側と重なるように配設されているのが好ましい。
　なお、図１５に示す発電装置１では、磁石９２を、Ｓ極が連結ヨーク５７側となるように基体２００上に配設しているが、Ｎ極が連結ヨーク５７側となるように配設してもよい。
　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。
　＜第４実施形態＞
　次に、本発明の発電装置の第４実施形態について説明する。
　図１６は、本発明の発電装置の第４実施形態を示す斜視図である。図１７は、図１６に示す発電装置の側面図である。図１８は、本発明の第４実施形態の発電装置の他の構成例を示す側面図である。
　なお、以下の説明では、図１６～１８中の上側を「上」または「上方」と言い、図１６～１８中の下側を「下」または「下方」と言う。また、図１６中の紙面右奥側および図１７および図１８中の右側を「先端」と言い、図１６中の紙面左手前側および図１７および図１８中の左側を「基端」と言う。
　以下、第４実施形態の発電装置について、前記第１～第３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１６に示す発電装置１は、併設された２つの磁歪棒２、２と、各磁歪棒２の外周側（外周）に巻回されたコイル３と、各磁歪棒２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５８と、各磁歪棒２と併設されたヨーク１０と、連結ヨーク４６とヨーク１０との間および連結ヨーク５８とヨーク１０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５８は、錘部（質量部）５９に固定されている。
　本実施形態の発電装置１では、バイアス応力付与機構が、２つの磁歪棒２、２を介して、図１７中の紙面手前側および紙面奥側に設けられた一対のコイルばね９３で構成されている。
　なお、本実施形態の磁歪棒２およびコイル３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、各磁歪棒２の基端部２１と連結する。
　連結ヨーク４６は、前述した第２実施形態の連結ヨーク４６と同様に、その幅方向に沿って形成された上下２つのスリット４６１、４６２が設けられており、各スリット４６１、４６２に各磁歪棒２の基端部２１が挿入されて、固定されている。また、連結ヨーク４６の両側面には、スリット４６１とスリット４６２との間に一対のバー４６３が形成されている。
　この連結ヨーク４６は、その基端側において前述した第２実施形態と同様の支持部４７に固定されている。
　連結ヨーク５８は、各磁歪棒２の先端部２２と連結する。
　連結ヨーク５８には、その幅方向に沿って形成された上下２つのスリット５８１、５８２が設けられており、各スリット５８１、５８２に各磁歪棒２の先端部２２が挿入されて、固定されている。また、連結ヨーク５６の両側面には、スリット５８１とスリット５８２との間に一対のバー５８３が形成されている。
　この連結ヨーク５８は、その先端側において錘部５９と固定されている。
　錘部５９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５９１が形成されている。この溝部５９１に連結ヨーク５８が挿入、固定されている。
　錘部５９は、連結ヨーク５８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、錘部５９および連結ヨーク５８に対して、図１７の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、５８、支持部４７および錘部５９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１０は、長尺の平板状をなしており、２つの磁歪棒２、２と幅方向に併設されている。ヨーク１０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１６に示すように、連結ヨーク４６とヨーク１０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１０側にして配置され、連結ヨーク５８とヨーク１０との間に設けられた永久磁石６は、Ｓ極をヨーク１０側に、Ｎ極を連結ヨーク５８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。
　磁歪棒２、２を介して、図１７中の紙面手前側および紙面奥側には、一対のコイルばね９３が設けられている。
　各コイルばね９３は、伸長状態で、一端が連結ヨーク４６のバー４６３に固定され、他端が連結ヨーク５８のバー５８３に固定されている。
　発電装置１では、コイルばね９３により、連結ヨーク４６と連結ヨーク５８とが接近する方向に引張られる。すなわち、コイルばね９３により、各磁歪棒２の基端と先端とが接近する方向に引張られる。これにより、磁歪棒２に収縮応力が付与される。本実施形態では、コイルばね９３が、常に磁歪棒２に収縮応力を付与するバイアス応力付与機構を構成する。
　かかる構成の発電装置１においても、前述した第１～第３実施形態の発電装置１と同様に、自然状態で磁歪棒２に収縮応力が付与されるため、磁歪棒２に印加されるバイアス磁界の強度が比較的大きい場合でも、磁歪棒２に生じる磁束密度の変化量を十分に大きくすることができる。すなわち、かかる本実施形態の発電装置１でも、広いバイアス磁界の強度範囲にわたって、磁歪棒２に生じる磁束密度の変化量を十分に大きくすることができる。
　なお、本実施形態では、コイルばね９３の代わりに、自然状態で磁歪棒２に収縮応力を付与するその他の弾性部材を用いることもできる。
　このような弾性部材としては、例えば、図１８に示すような、線材９４を用いることができる。なお、図１８に示す発電装置１は、各磁歪棒２の基端部２１同士および先端部２２同士を、それぞれ支持部４７および錘部５９で連結した構成を有し、図１８の紙面奥側で２つの永久磁石６を介してヨーク１０が固定されている。
　線材９４は、例えば、金属製のワイヤーで構成され、その両端が、固定部９４１、９４２とカシメ等により固定されている。各固定部９４１、９４２には、その幅方向に貫通する貫通孔が設けられており、各固定部９４１、９４２は、それぞれ、貫通孔を介して支持部４７および錘部５９に設けられたバー４７３、５９３に固定されている。
　かかる発電装置１では、例えば、線材９４の長さを、支持部４７の先端から錘部５９の基端までの長さよりも短く設計することにより、上述した本実施形態のコイルばね９３と同様に、磁歪棒２の基端と先端とが接近する方向に引張られる。これにより、常に各磁歪棒２に収縮応力を付与することができる。
　また、線材９４に対して、熱処理を加えた状態で各固定部９４１、９４２をバー４７３、５９３に固定し、その後、冷却して線材９４を熱収縮させることにより、磁歪棒２の基端と先端とが接近する方向に引張られる。また、線材９４として、支持部４７の先端から錘部５９の基端までの長さよりも短い形状記憶ワイヤーを用いる場合には、まず、線材９４を加熱して引き伸ばした状態で各固定部９４１、９４２をバー４７３、５９３に固定する。その後、線材９４に一定の温度を付与することにより、線材９４が元の形状に戻ろうとして、磁歪棒２の基端と先端とを接近する方向に引張られる。いずれの方法を用いた場合でも、各磁歪棒２に収縮応力を付与することができる。
　また、各部材の固定、連結は、例えば、ネジ止め、カシメ、拡散接合、ピンの圧入、ろう付け、溶接（レーザ溶接、電気溶接等）、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。
　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１０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１０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。
　かかる第４実施形態の発電装置１によっても、前記第１～第３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、これに限定されない。各構成は、同様の機能を発揮し得る任意の構成と置換することができ、あるいは、任意の構成を付加することができる。
　例えば、前記第１～第４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、前述した第１実施形態において、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、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、前記第２～第４実施形態における永久磁石６、磁石９２を電磁石に置き換えることもできる。さらに、永久磁石６および磁石９２の少なくとも一方を省略し、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。
　本発明によれば、自然状態（発電装置に外力が付与されていない状態）で磁歪棒に収縮応力（圧縮応力）が付与されることにより、応力が発生していない状態の磁歪棒に比べて、その透磁率が低くなる。そのため、かかる発電装置では、磁歪棒の伸長応力（引張応力）の発生に伴う磁束密度の変化量を大きくすることができ、磁歪棒に伸長応力と収縮応力とを交互に発生させると、磁歪棒に生じる磁束密度の変化量を十分に大きくすることができる。したがって、本発明は産業上の利用可能性を有する。

Claims (13)

  1. 　磁歪材料で構成され、軸方向に磁力線を通過させる磁歪棒と、
    　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、
    　前記磁歪棒に、自然状態で収縮応力を付与するバイアス応力付与機構とを有し、
    　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ていることを特徴とする発電装置。
  2. 　前記バイアス応力付与機構は、前記磁歪棒と併設され、前記磁歪棒の前記一端と前記他端とを接近させることにより、前記磁歪棒に収縮応力を付与する梁部材を備える請求項１に記載の発電装置。
  3. 　前記梁部材と前記磁歪棒との間隔が、側面視において、前記磁歪棒の前記一端よりも前記他端において小さくなっている請求項２に記載の発電装置。
  4. 　前記梁部材は、非磁性材料で構成されている請求項２または３に記載の発電装置。
  5. 　前記磁歪棒は、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２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. 　前記バイアス応力付与機構は、前記磁歪棒に収縮応力を付与する弾性部材を備える請求項１ないし６のいずれかに記載の発電装置。
  8. 　前記弾性部材は、前記磁歪棒の前記他端を、前記磁歪棒が変位する変位方向に押圧または引張ることにより、前記磁歪棒に収縮応力を付与するコイルばねで構成されている請求項７に記載の発電装置。
  9. 　前記弾性部材は、前記磁歪棒の前記一端と前記他端とを接近する方向に前記磁歪棒を引張るコイルばねで構成されている請求項７または８に記載の発電装置。
  10. 　前記弾性部材は、前記磁歪棒の前記一端と前記他端とを接近する方向に前記磁歪棒を引張る線材で構成されている請求項７または８に記載の発電装置。
  11. 　前記バイアス応力付与機構は、さらに、前記磁歪棒の前記先端側に設けられた磁性部材を備え、前記磁歪棒に収縮応力を付与するように前記磁性部材を吸引する磁石を備える請求項１ないし１０のいずれかに記載の発電装置。
  12. 　前記発電装置は、さらに、磁性材料で構成され、前記磁歪棒の前記一端を収容する収容部を備える第１のブロック体と、磁性材料で構成され、前記磁歪棒の前記他端を収容する収容部を備える第２のブロック体とを有する請求項１ないし１１のいずれかに記載の発電装置。
  13. 　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１２のいずれかに記載の発電装置。
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