WO2018097110A1 - 発電素子、およびスマートキー - Google Patents

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WO2018097110A1
WO2018097110A1 PCT/JP2017/041727 JP2017041727W WO2018097110A1 WO 2018097110 A1 WO2018097110 A1 WO 2018097110A1 JP 2017041727 W JP2017041727 W JP 2017041727W WO 2018097110 A1 WO2018097110 A1 WO 2018097110A1
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WO
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magnet
elastic member
coil
magnetic
housing
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PCT/JP2017/041727
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English (en)
French (fr)
Inventor
聡映 上野
Original Assignee
日本電産株式会社
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Publication date
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Priority to EP17874152.6A priority Critical patent/EP3547511A4/en
Priority to US16/347,824 priority patent/US20190319524A1/en
Priority to CN201780073430.8A priority patent/CN110024273A/zh
Priority to JP2018552576A priority patent/JPWO2018097110A1/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K35/00—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit
    • H02K35/02—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit with moving magnets and stationary coil systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/18—Machines moving with multiple degrees of freedom
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1869—Linear generators; sectional generators
    • H02K7/1876—Linear generators; sectional generators with reciprocating, linearly oscillating or vibrating parts

Definitions

  • the present invention relates to a power generation element and a smart key.
  • Japanese Patent No. 4415158 describes a configuration in which a large Barkhausen jump is generated in a magnetic element and a voltage pulse is generated in a coil by rotating a magnet.
  • the present invention is a power generation element using the large Barkhausen effect, and includes a power generation element capable of performing efficient power generation using vibration, and such a power generation element.
  • One of the purposes is to provide smart keys.
  • One aspect of the power generating element of the present invention includes a coil extending in a first direction, a magnetic member inserted inside the coil to generate a large Barkhausen effect, and arranged around the magnetic member outside the coil.
  • the magnet has alternately different magnetic poles arranged side by side along a second direction orthogonal to the first direction.
  • the first elastic member connects the magnet and the housing, and can be expanded and contracted in the second direction. The magnet moves in the second direction with respect to the housing as the first elastic member expands and contracts.
  • One aspect of the smart key of the present invention includes the power generation element described above.
  • a power generation element using the large Barkhausen effect which can perform efficient power generation using vibration, and a smart key including such a power generation element Is provided.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the power generating element of the first embodiment as viewed from above.
  • FIG. 2 is a view showing the power generating element of the first embodiment, and is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a graph showing a change in the strength of the magnetic field due to the magnet acting on the magnetic member and a change in the voltage generated in the coil.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the magnetic flux density in the magnetic member and the strength of the magnetic field generated by the magnet acting on the magnetic member.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the power generating element of the second embodiment as viewed from above.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the power generating element of the second embodiment as viewed from above.
  • FIG. 6 is a view showing the power generating element of the second embodiment and is a cross-sectional view taken along the line VI-VI in FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the power generating element of the third embodiment as viewed from above.
  • FIG. 8 is a view showing the power generating element of the third embodiment and is a cross-sectional view taken along the line VIII-VIII in FIG.
  • FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a smart key.
  • the Z-axis direction is the vertical direction.
  • the X-axis direction and the Y-axis direction are horizontal directions orthogonal to the Z-axis direction and are orthogonal to each other.
  • the Z-axis direction is referred to as “vertical direction Z”
  • the X-axis direction is referred to as “left-right direction X”
  • the Y-axis direction is referred to as “front-back direction Y”.
  • the positive side in the Z-axis direction is referred to as “upper side”
  • the negative side in the Z-axis direction is referred to as “lower side”.
  • the positive side in the X-axis direction is called “right side”, and the negative side in the X-axis direction is called “left side”.
  • the positive side in the Y-axis direction is called “front side”, and the negative side in the Y-axis direction is called “rear side”.
  • the up-down direction Z corresponds to the third direction
  • the left-right direction X corresponds to the second direction
  • the front-rear direction Y corresponds to the first direction.
  • the left-right direction X, the front-rear direction Y, the right side, the left side, the front side, and the rear side are simply names for explaining the relative positional relationship of each part, and the actual layout relationship and the like are the layouts indicated by these names. It may be an arrangement relationship other than the relationship.
  • the power generation element 10 of the present embodiment includes a housing 11, a circuit board 60, a capacitor 70, a coil 30, a magnetic member 20, a magnet 40, a first elastic member 51, Is provided.
  • the housing 11 has a box shape whose outer shape viewed along the vertical direction Z is square.
  • the housing 11 houses the circuit board 60, the capacitor 70, the magnetic member 20, the coil 30, the magnet 40, and the first elastic member 51.
  • illustration of the 1st elastic member 51 is abbreviate
  • the housing 11 includes a bottom wall portion 13, a side wall portion 12, a top wall portion 14, a support plate portion 16, and first convex portions 15a and 15b.
  • the bottom wall portion 13 has a square plate shape orthogonal to the vertical direction Z.
  • the side wall portion 12 is a rectangular ring protruding upward from the outer edge of the bottom wall portion 13.
  • the top wall portion 14 is connected to the upper end of the side wall portion 12.
  • the support plate portion 16 is disposed on the upper surface of the bottom wall portion 13.
  • the support plate portion 16 has a rectangular plate shape extending in the left-right direction X. Both end portions in the left-right direction of the support plate portion 16 are connected to the side wall portion 12.
  • 1st convex part 15a, 15b protrudes in the left-right direction X from the inner surface of the housing
  • the first protrusion 15 a protrudes to the right from the left inner surface of the inner surface of the side wall portion 12.
  • the first protrusion 15 b protrudes to the left from the right inner surface of the inner surface of the side wall portion 12.
  • the first convex portions 15a and 15b protrude toward the other first convex portion.
  • the 1st convex part 15a and the 1st convex part 15b are arrange
  • the first convex portions 15 a and 15 b are disposed on the upper side of the support plate portion 16.
  • the first protrusions 15a and 15b are columnar shapes extending in the left-right direction X.
  • the circuit board 60 is disposed on the upper surface of the bottom wall portion 13 on the rear side of the support plate portion 16.
  • the circuit board 60 has a square plate shape orthogonal to the vertical direction Z.
  • the circuit board 60 is electrically connected to the coil 30.
  • the capacitor 70 is attached to the upper surface of the circuit board 60.
  • the coil 30 extends in the front-rear direction Y.
  • the coil 30 is configured by winding a conductive wire spirally around an axis parallel to the front-rear direction Y. That is, in this specification, the “direction in which the coil extends” includes a direction along the central axis of the spirally wound coil.
  • the coil 30 is disposed on the upper side of the circuit board 60. In FIG. 1, the coil 30 is disposed at the center of the power generation element 10 in the left-right direction X.
  • the rear end of the coil 30 is electrically connected to the first terminal 31.
  • the first terminal 31 is disposed outside the housing 11.
  • the front end of the coil 30 is electrically connected to one electrode of the capacitor 70.
  • the other electrode of the capacitor 70 is electrically connected to the second terminal 32.
  • the second terminal 32 is disposed outside the housing 11.
  • the capacitor 70 is connected in series with the coil 30. Therefore, the capacitor 70 can be charged by the current generated in the coil 30. Thereby, electric power can be suitably output from the 1st terminal 31 and the 2nd terminal 32 according to the apparatus in which the electric power generation element 10 is mounted.
  • the magnetic member 20 has a cylindrical shape extending in the front-rear direction Y.
  • the magnetic member 20 is disposed on the upper side of the circuit board 60. As shown in FIG. 2, the magnetic member 20 is supported from below by a support portion 61 that protrudes upward from the upper surface of the circuit board 60.
  • the magnetic member 20 is inserted inside the coil 30. In the present embodiment, a coil 30 is wound around the magnetic member 20.
  • the dimension of the magnetic member 20 in the front-rear direction Y is substantially the same as the dimension of the coil 30 in the front-rear direction Y.
  • the magnetic member 20 is a member that produces a large Barkhausen effect.
  • the magnetic member 20 is made of amorphous metal, for example.
  • the large Barkhausen effect is a phenomenon in which, when the direction of a magnetic field acting on a certain target is reversed, a large Barkhausen jump in which the direction of the magnetic flux density in a certain target is rapidly reversed.
  • the magnetic member 20 is not particularly limited as long as it has a large Barkhausen effect, and may be a Wiegand wire or the like.
  • the magnet 40 is disposed around the magnetic member 20 outside the coil 30.
  • the magnet 40 is disposed on the front side of the magnetic member 20.
  • the magnet 40 has a prismatic shape extending in the left-right direction X.
  • the magnet 40 is disposed on the upper surface of the support plate portion 16.
  • the magnet 40 is movable in the left-right direction X along the upper surface of the support plate portion 16.
  • the magnet 40 is disposed at a position overlapping the magnetic member 20 when viewed along the front-rear direction Y. Therefore, the dimension of the power generating element 10 in the vertical direction Z can be reduced as compared with the case where the magnet 40 is disposed above the magnetic member 20.
  • the steady state is a state where the power generation element is stopped and the magnet is stationary in a state where the lower surface of the housing is installed on a horizontal plane.
  • the magnet 40 has alternately different magnetic poles arranged side by side along the left-right direction X orthogonal to the front-rear direction Y.
  • the magnet 40 has N poles 41 and S poles 42 arranged on the right side of the N poles 41 as alternately different magnetic poles.
  • the position in the left-right direction X at the boundary between alternately different magnetic poles, that is, the boundary 43 between the N pole 41 and the S pole 42 is within the width in the left-right direction of the magnetic member 20.
  • the position in the left-right direction X at the boundary 43 is the same as the position in the left-right direction X at the center of the left-right direction X of the magnetic member 20.
  • the boundary 43 overlaps with the magnetic member 20 when viewed along the front-rear direction Y.
  • the boundary 43 is arranged at the center in the left-right direction X of the magnet 40.
  • the first elastic member 51 can expand and contract in the left-right direction X.
  • the first elastic member 51 is a coil spring extending in the left-right direction X.
  • the first elastic member 51 is a nonmagnetic material.
  • the first elastic member 51 is fixed to the magnet 40.
  • the first elastic member 51 connects the magnet 40 and the housing 11.
  • the first elastic member 51 is provided as a pair of a first elastic member 51a and a first elastic member 51b.
  • the pair of first elastic members 51 a and 51 b are fixed to both ends of the magnet 40 in the left-right direction.
  • the right end of the first elastic member 51 a is fixed to the left end of the magnet 40.
  • the left end of the first elastic member 51a is fixed to the first convex portion 15a. More specifically, the first elastic member 51a is fixed to the first convex portion 15a by fitting the first convex portion 15a into the opening in the left-right direction end portion of the first elastic member 51a, that is, the left end portion. . Therefore, the first elastic member 51a can be easily and stably fixed to the housing 11.
  • the left end of the first elastic member 51b is fixed to the right end of the magnet 40.
  • the right end of the first elastic member 51b is fixed to the first convex portion 15b. More specifically, the first elastic member 51b is fixed to the first convex portion 15b by fitting the first convex portion 15b into the opening in the left-right direction end portion of the first elastic member 51b, that is, the right end portion. . Therefore, the first elastic member 51b can be fixed to the housing 11 easily and stably.
  • the elastic modulus of the first elastic member 51a and the elastic modulus of the first elastic member 51b are, for example, the same.
  • the elastic coefficients of the first elastic members 51a and 51b are appropriately determined according to the usage environment of the power generation element 10 and the like. Note that the elastic coefficient of the first elastic member 51a and the elastic coefficient of the first elastic member 51b may be different from each other.
  • the magnet 40 moves in the left-right direction X with respect to the housing 11 as the first elastic member 51 expands and contracts. Specifically, when the vibration is applied to the power generation element 10, the magnet 40 vibrates in the left-right direction X as the first elastic member 51 expands and contracts in the left-right direction X. A large Barkhausen effect is generated in the magnetic member 20 by the vibration in the left-right direction X of the magnet 40, and a voltage pulse is generated in the coil 30.
  • FIG. 3 is a graph showing a change in the magnetic field strength H due to the magnet 40 acting on the magnetic member 20.
  • the horizontal axis represents time t
  • the vertical axis represents the magnetic field strength H acting on the magnetic member 20.
  • the lower diagram in FIG. 3 is a graph showing a change in the voltage V generated in the coil 30.
  • the horizontal axis indicates time t
  • the vertical axis indicates the voltage V generated in the coil 30.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the magnetic flux density B in the magnetic member 20 and the magnetic field strength H generated by the magnet 40 acting on the magnetic member 20.
  • the horizontal axis indicates the magnetic field strength H
  • the vertical axis indicates the magnetic flux density B.
  • a magnetic field generated by the magnet 40 acts on the magnetic member 20.
  • the strength H of the magnetic field acting on the magnetic member 20 changes periodically.
  • the direction of the magnetic field acting on the magnetic member 20 when the N pole 41 faces the magnetic member 20 is shown as positive, and the magnetic member 20 when the S pole 42 faces the magnetic member 20.
  • the direction of the magnetic field acting on is shown as negative.
  • the direction of the magnetic field acting on the magnetic member 20 when the N pole 41 faces the magnetic member 20 and the direction of the magnetic field acting on the magnetic member 20 when the S pole 42 faces the magnetic member 20 are opposite to each other. It is.
  • the magnet 40 vibrates in the left-right direction X, and the magnetic member 20 and the magnetic poles facing the front-rear direction Y alternately change, so that the magnetic field strength H acting on the magnetic member 20 has a positive value and a negative value. And are repeated alternately. That is, the direction of the magnetic field acting on the magnetic member 20 is alternately reversed.
  • the upper diagram of FIG. 3 shows a case where the magnet 40 vibrates in the left-right direction X with a constant amplitude, and the strength H of the magnetic field changes in a sine wave shape.
  • a voltage pulse is generated in the coil 30 at times t1, t3, t5, and t7 shown in FIG.
  • Times t1 and t5 are times when the magnetic field strength H reaches the first threshold value H1 after the magnetic field direction is switched from the negative direction to the positive direction.
  • the magnetic flux density B rapidly changes from a negative value to a positive value at times t1 and t5.
  • times t3 and t7 are times when the magnetic field strength H reaches the first threshold ⁇ H1 after the magnetic field direction is switched from the positive direction to the negative direction.
  • the magnetic flux density B rapidly changes from a positive value to a negative value at times t3 and t7.
  • electromagnetic induction occurs, and a voltage pulse is generated in the coil 30.
  • the direction of the voltage pulse generated at times t3 and t7 is opposite to the direction of the voltage pulse generated at times t1 and t5.
  • the absolute value of the magnetic field strength H In order for the voltage pulse to occur, the absolute value of the magnetic field strength H must be equal to or greater than the second threshold before the direction of the magnetic field is reversed. This is because the magnetization direction of the entire magnetic member 20 is aligned in one direction.
  • the absolute value of the second threshold is larger than the absolute value of the first threshold.
  • the absolute value of the magnetic field strength H is greater than or equal to the absolute value of the second threshold value H2 at times t2 and t6 when the magnetic field strength H reaches a maximum value. Occurs.
  • the absolute value of the magnetic field strength H is equal to or larger than the absolute value of the second threshold ⁇ H2, and therefore, a voltage pulse is generated at time t5.
  • the absolute value of the magnetic field strength H is equal to or larger than the absolute value of the second threshold value ⁇ H2, so that the magnetic field strength H is changed to the first threshold value after time t8.
  • a voltage pulse occurs at the time of H1.
  • a voltage pulse is generated in the coil 30 every time the direction of the magnetic field acting on the magnetic member 20 is reversed.
  • the direction of the magnetic field acting on the magnetic member 20 changes. That is, a voltage pulse is generated in the coil 30 each time the N pole 41 and the S pole 42 are alternately opposed to the magnetic member 20.
  • the magnet 40 can vibrate in the left-right direction X by the first elastic member 51, when vibration is applied to the power generation element 10, the magnetic pole of the magnet 40 facing the magnetic member 20 is changed a plurality of times with a single vibration. Can be made.
  • the sudden reversal of the direction of the magnetic flux density B due to the large Barkhausen effect occurs even when the change rate of the magnetic field strength H is small. Therefore, even when the vibration applied to the power generation element 10 is small and the moving speed of the magnet 40 is small when the magnet 40 vibrates in the left-right direction X, the voltage pulse having a relatively high voltage V value is applied to the coil 30. Occurs. Thereby, the power generation amount of the power generation element 10 can be increased regardless of the magnitude of vibration applied to the power generation element 10.
  • efficient power generation is possible using a slight vibration applied to the power generation element 10. Therefore, for example, by installing the power generation element 10 while being embedded in the floor, it is possible to efficiently generate power using vibrations when a person walks on the floor. In addition, by mounting the power generation element 10 on a device that is carried by a person, efficient power generation can be performed using vibration when the person walks.
  • the magnet 40 can be stably vibrated in the left-right direction X. Further, for example, it is possible to prevent the magnet 40 from moving too much in the left-right direction X and colliding with the housing 11. *
  • the position of the boundary 43 in the left-right direction X is within the width in the left-right direction of the magnetic member 20. Therefore, when the magnet 40 vibrates in the left-right direction X, the magnetic pole of the magnet 40 facing the magnetic member 20 is easily switched. Thereby, it is easy to increase the frequency
  • the first elastic member 51 is a non-magnetic material, the first elastic member 51 does not interfere with the magnetic field generated by the magnet 40. Thereby, when the magnet 40 vibrates in the left-right direction X, the reversal of the magnetic field acting on the magnetic member 20 described above can be suitably generated. Therefore, the power generation amount of the power generation element 10 can be preferably improved.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and other configurations can be adopted.
  • the same reference numerals are used as appropriate for the configuration as in the above description, and the description may be omitted.
  • the number of the first elastic members 51 may be one, or may be three or more. When the number of the first elastic members 51 is three or more, for example, the plurality of first elastic members 51 are fixed to the left and right ends of the magnet 40. Moreover, the fixing method with respect to the housing
  • the first elastic member 51 may be directly fixed to the side wall portion 12. In this case, the 1st convex parts 15a and 15b do not need to be provided.
  • the first elastic member 51 is not particularly limited as long as it can expand and contract in the left-right direction X and can vibrate the magnet 40 in the left-right direction X.
  • the first elastic member 51 may be a string that can expand and contract in the left-right direction X.
  • the first elastic member 51 may be a magnetic body.
  • the number of magnetic poles of the magnet 40 is not limited to two, and may be three or more. Also in this case, the N pole 41 and the S pole 42 are alternately arranged along the left-right direction X. Further, another electronic element different from the capacitor 70 may be connected in series with the coil 30. Another electronic element is a rectifier circuit etc., for example. Further, the capacitor 70 may not be provided.
  • the housing 111 has a wall portion 117.
  • the wall portion 117 is a wall that rises upward from the rear end portion of the support plate portion 16. The upper end of the wall 117 is connected to the top wall 14.
  • the wall 117 extends in the left-right direction X. Both end portions in the left-right direction of the wall portion 117 are connected to the side wall portion 12.
  • the wall portion 117 partitions the inside of the housing 111 in the front-rear direction Y.
  • the wall 117 is disposed between the coil 30 and the magnet 40 in the front-rear direction Y.
  • the wall portion 117 can suppress the magnet 40 from moving rearward toward the coil 30. Thereby, it can suppress that the magnet 40 collides with the coil 30 and the magnetic member 20.
  • illustration of the 1st elastic member 51 is abbreviate
  • the wall 117 is a nonmagnetic material. Therefore, the wall 117 does not interfere with the magnetic field generated by the magnet 40. Thereby, when the magnet 40 vibrates in the left-right direction X, the reversal of the magnetic field acting on the magnetic member 20 described above can be suitably generated. Therefore, the power generation amount of the power generation element 110 can be preferably improved.
  • the magnet 40 moves in the left-right direction X while being in contact with the wall 117. Therefore, the movement of the magnet 40 in the left-right direction X can be guided by the wall portion 117. Thereby, the movement of the magnet 40 in the left-right direction X can be stabilized.
  • the housing 211 has a wall portion 217.
  • the wall portion 217 has a square plate shape orthogonal to the up-down direction Z.
  • the outer edge of the wall portion 217 is connected to the inner surface of the side wall portion 12.
  • the wall portion 217 partitions the inside of the housing 211 in the vertical direction Z.
  • the wall portion 217 is disposed between the coil 30 and the magnet 240 in the vertical direction Z. Therefore, the magnet 240 can be prevented from moving toward the coil 30, and the magnet 240 can be prevented from colliding with the coil 30 and the magnetic member 20.
  • the housing 211 does not have the support plate portion 16 unlike the housing 11 of the first embodiment.
  • illustration of the 1st elastic member 251 is abbreviate
  • the first convex portions 215 a and 215 b in the housing 211 protrude in the left-right direction X from the inner surface of the side wall portion 12 above the wall portion 217.
  • the first convex portions 215 a and 215 b are disposed at the center in the front-rear direction Y of the housing 211.
  • the housing 211 has second convex portions 218a and 218b.
  • the second convex portions 218 a and 218 b protrude in the front-rear direction Y from the inner side surface of the housing 211.
  • the second convex portion 218 a protrudes rearward from the front inner surface of the inner surface of the side wall portion 12.
  • the second convex portion 218 b protrudes forward from the rear inner surface of the inner surface of the side wall portion 12.
  • the second convex portions 218a and 218b protrude toward the other second convex portion.
  • the 2nd convex part 218a and the 2nd convex part 218b are arrange
  • the second convex portions 218a and 218b are disposed above the wall portion 217.
  • the positions of the second protrusions 218a and 218b in the vertical direction Z are the same as the positions of the first protrusions 215a and 215b in the vertical direction Z.
  • the second convex portions 218 a and 218 b are disposed at the center in the left-right direction X of the housing 211. Although illustration is omitted, the second convex portions 218a and 218b are columnar shapes extending in the left-right direction X.
  • the magnet 240 is disposed on the upper surface of the wall portion 217.
  • the magnet 240 is movable in the left-right direction X and the front-rear direction Y along the upper surface of the wall portion 217.
  • the magnet 240 is disposed at a position overlapping the magnetic member 20 when viewed along the vertical direction Z perpendicular to both the front-rear direction Y and the left-right direction X. Therefore, the dimension of the power generation element 210 in the front-rear direction Y can be reduced as compared with the case where the magnet 240 is disposed on one side of the magnetic member 20 in the front-rear direction Y.
  • the magnet 240 is disposed in the center of the magnetic member 20 in the front-rear direction Y as viewed along the up-down direction Z.
  • the magnet 240 is disposed in the center of the housing 211 as viewed along the vertical direction Z.
  • the position in the left-right direction X at the boundary 243 of the magnet 240 is within the width in the left-right direction of the magnetic member 20. Therefore, when the magnet 240 vibrates in the left-right direction X, the magnetic pole of the magnet 240 that faces the magnetic member 20 via the wall portion 217 is easily switched. Thereby, it is easy to increase the number of times the direction of the magnetic field acting on the magnetic member 20 changes, and the power generation amount of the power generation element 210 can be improved.
  • the position in the left-right direction X at the boundary 243 is the same as the position in the left-right direction X at the center of the left-right direction X of the magnetic member 20.
  • the boundary 243 overlaps the magnetic member 20 when viewed along the vertical direction Z.
  • the power generation element 210 includes a second elastic member 252.
  • the second elastic member 252 can expand and contract in the front-rear direction Y.
  • the second elastic member 252 is a coil spring extending in the front-rear direction Y.
  • the second elastic member 252 is a nonmagnetic material.
  • the second elastic member 252 is fixed to the magnet 240.
  • the second elastic member 252 connects the magnet 240 and the housing 211.
  • the second elastic member 252 is provided as a pair of the second elastic member 252a and the second elastic member 252b.
  • the pair of second elastic members 252a and 252b are fixed to both ends of the magnet 240 in the front-rear direction.
  • the rear end of the second elastic member 252 a is fixed to the front end of the magnet 240.
  • the rear end portion of the second elastic member 252 a is fixed to the center in the left-right direction X of the magnet 240, that is, the boundary 243 among the front end portions of the magnet 240.
  • the front end portion of the second elastic member 252a is fixed to the second convex portion 218a.
  • the second elastic member 252a is fixed to the second convex portion 218a by fitting the second convex portion 218a into the opening in the front-rear direction end portion of the second elastic member 252a, that is, the front end portion. . Therefore, the second elastic member 252a can be fixed to the housing 211 easily and stably.
  • the front end portion of the second elastic member 252b is fixed to the rear end portion of the magnet 240.
  • the front end portion of the second elastic member 252 a is fixed to the center in the left-right direction X of the magnet 240, that is, the boundary 243 among the rear end portions of the magnet 240.
  • the rear end portion of the second elastic member 252b is fixed to the second convex portion 218b. More specifically, the second elastic member 252b is fixed to the second convex portion 218b by fitting the second convex portion 218b into the opening in the front-rear direction end portion of the second elastic member 252b, that is, the rear end portion. The Therefore, the second elastic member 252b can be easily and stably fixed to the housing 211.
  • the elastic coefficient of the second elastic member 252a and the elastic coefficient of the second elastic member 252b are, for example, the same.
  • the elastic coefficients of the second elastic members 252a and 252b are appropriately determined according to the usage environment of the power generation element 210 and the like. Note that the elastic coefficient of the second elastic member 252a and the elastic coefficient of the second elastic member 252b may be different from each other. Further, the elastic coefficient of the first elastic member 251 and the elastic coefficient of the second elastic member 252 may be the same or different from each other.
  • the first elastic members 251a and 251b are arranged at the center of the casing 211 in the front-rear direction Y.
  • the second elastic members 252a and 252b are disposed in the center of the casing 211 in the left-right direction X.
  • the magnet 240 moves in the front-rear direction Y with respect to the casing 211 as the second elastic member 252 expands and contracts. Specifically, when the vibration is applied to the power generation element 210, the magnet 240 vibrates in the front-rear direction Y as the second elastic member 252 expands and contracts in the front-rear direction Y. According to this embodiment, by providing the second elastic member 252, when the magnet 240 moves in the front-rear direction Y, the second elastic member 252 expands and contracts and the direction of the front-rear direction Y moves the magnet 240. Apply reverse force. Thereby, it can suppress that the magnet 240 collides with the housing
  • the magnet 240 since the movement of the magnet 240 in the front-rear direction Y is allowed to some extent, the magnet 240 is easily moved freely by vibration applied to the power generation element 210. Therefore, the magnet 240 is more likely to vibrate in the left-right direction X, and the power generation amount of the power generation element 210 can be further improved.
  • the magnet 240 can be easily held stably in the front-rear direction Y. In addition, it is possible to further suppress the magnet 240 from colliding with the housing 211 due to excessive movement in the front-rear direction Y.
  • the magnet 240 can be stably held by providing elastic members at both the left and right ends of the magnet 240 and the both ends of the magnet 240 in the front and rear direction. Further, even when the magnet 240 moves in either the left-right direction X or the front-rear direction Y, the magnet 240 can be prevented from colliding with the casing 211.
  • the number of the second elastic members 252 may be one, or may be three or more.
  • the plurality of second elastic members 252 are fixed to the ends of the magnet 240 in the front-rear direction.
  • the method for fixing the second elastic member 252 to the housing 211 is not particularly limited.
  • the second elastic member 252 may be directly fixed to the side wall portion 12. In this case, the 2nd convex parts 218a and 218b do not need to be provided.
  • the second elastic member 252 is not particularly limited as long as it can expand and contract in the front-rear direction Y.
  • the second elastic member 252 may be a string that can expand and contract in the front-rear direction Y.
  • the second elastic member 252 may be a magnetic body.
  • the smart key 1 of the present embodiment includes a case 2, a control unit 3, a receiving unit 4, a transmitting unit 5, an operation unit 6, and the power generating element 10 of the first embodiment described above. And comprising.
  • Case 2 houses each part of the smart key 1.
  • the receiving unit 4 receives a signal from a transmitter mounted on a vehicle or the like.
  • the transmission unit 5 transmits a signal to a receiver mounted on a vehicle or the like.
  • the operation unit 6 is operated by a user.
  • the operation unit 6 is a button, for example. When the user presses the operation unit 6, an operation signal is sent to the control unit 3.
  • the control unit 3 is connected to the reception unit 4, the transmission unit 5, and the operation unit 6.
  • the control unit 3 controls transmission of a signal from the transmission unit 5 based on the signal received by the reception unit 4 and the operation signal input from the operation unit 6.
  • the power generation element 10 functions as a power source. That is, the electric power generated by the power generation element 10 is supplied to each part of the smart key 1.
  • the smart key 1 is carried by a user. Therefore, vibration is applied to the smart key 1 when the user walks or the user operates the smart key 1. As a result, vibration is applied to the power generation element 10 to generate power as described above. Therefore, battery replacement can be eliminated.
  • each embodiment described above is not limited, and may be mounted on any device other than the smart key.
  • each structure mentioned above can be suitably combined in the range which is not mutually contradictory.
  • the casing may have a cylindrical shape with a circular outer shape viewed in the vertical direction Z.

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Abstract

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

Description

発電素子、およびスマートキー
　本発明は、発電素子、およびスマートキーに関する。
　大バルクハウゼンジャンプ（大バルクハウゼン効果）を利用することでコイルに電圧パルスを発生させ、発電できることが知られる。例えば、日本国特許第４４１５１５８号公報には、磁石を回転させることで、磁性素子に大バルクハウゼンジャンプを生じさせ、コイルに電圧パルスを発生させる構成が記載される。
日本国特許第４４１５１５８号公報
　上記のような大バルクハウゼンジャンプを利用した発電素子においては、大バルクハウゼンジャンプを生じる磁性素子に対して磁石が動かされることで発電が行われる。しかし、上述した日本国特許第４４１５１５８号公報のような構成では、発電するために磁石を回転させる必要がある。そのため、例えば人の動きに起因して生じる振動等、発電素子の置かれる環境下において生じる振動を利用する場合には、磁石を回転させにくく、発電効率を十分に得にくい問題があった。
　本発明は、上記問題点に鑑みて、大バルクハウゼン効果を利用した発電素子であって、振動を利用して効率的な発電を行うことができる発電素子、およびそのような発電素子を備えたスマートキーを提供することを目的の一つとする。
　本発明の発電素子の一つの態様は、第１方向に延びるコイルと、前記コイルの内側に挿入され、大バルクハウゼン効果が生じる磁性部材と、前記コイルの外側において、前記磁性部材の周囲に配置されるマグネットと、前記マグネットに固定される第１弾性部材と、前記磁性部材、前記コイル、前記マグネットおよび前記第１弾性部材を収容する筐体と、を備える。前記マグネットは、前記第１方向と直交する第２方向に沿って並んで配置される交互に異なる磁極を有する。前記第１弾性部材は、前記マグネットと前記筐体とを接続し、前記第２方向に伸縮可能である。前記マグネットは、前記第１弾性部材の伸縮に伴って、前記筐体に対して前記第２方向に移動する。
　本発明のスマートキーの一つの態様は、上記の発電素子を備える。
　本発明の一つの態様によれば、大バルクハウゼン効果を利用した発電素子であって、振動を利用して効率的な発電を行うことができる発電素子、およびそのような発電素子を備えるスマートキーが提供される。
図１は、第１実施形態の発電素子を上側から視た断面図である。 図２は、第１実施形態の発電素子を示す図であって、図１におけるII－II断面図である。 図３は、磁性部材に作用するマグネットによる磁界の強さの変化とコイルに生じる電圧の変化とを示すグラフである。 図４は、磁性部材内の磁束密度と磁性部材に作用するマグネットによる磁界の強さとの関係を示すグラフである。 図５は、第２実施形態の発電素子を上側から視た断面図である。 図６は、第２実施形態の発電素子を示す図であって、図５におけるVI－VI断面図である。 図７は、第３実施形態の発電素子を上側から視た断面図である。 図８は、第３実施形態の発電素子を示す図であって、図７におけるVIII－VIII断面図である。 図９は、スマートキーの実施形態を示す概略構成図である。
　各図に示すＸＹＺ座標系において、Ｚ軸方向は、上下方向とする。Ｘ軸方向およびＹ軸方向は、Ｚ軸方向と直交する水平方向とし、互いに直交する方向とする。以下の説明においては、Ｚ軸方向を「上下方向Ｚ」と呼び、Ｘ軸方向を「左右方向Ｘ」と呼び、Ｙ軸方向を「前後方向Ｙ」と呼ぶ。Ｚ軸方向の正の側を「上側」と呼び、Ｚ軸方向の負の側を「下側」と呼ぶ。Ｘ軸方向の正の側を「右側」と呼び、Ｘ軸方向の負の側を「左側」と呼ぶ。Ｙ軸方向の正の側を「前側」と呼び、Ｙ軸方向の負の側を「後側」と呼ぶ。本実施形態において、上下方向Ｚは第３方向に相当し、左右方向Ｘは第２方向に相当し、前後方向Ｙは第１方向に相当する。なお、左右方向Ｘ、前後方向Ｙ、右側、左側、前側、および後側とは、単に各部の相対位置関係を説明するための名称であり、実際の配置関係等はこれらの名称で示される配置関係等以外の配置関係等であってもよい。
＜第１実施形態＞
　図１に示すように、本実施形態の発電素子１０は、筐体１１と、回路基板６０と、キャパシタ７０と、コイル３０と、磁性部材２０と、マグネット４０と、第１弾性部材５１と、を備える。図１および図２に示すように、筐体１１は、上下方向Ｚに沿って視た外形が正方形の箱状である。筐体１１は、回路基板６０、キャパシタ７０、磁性部材２０、コイル３０、マグネット４０および第１弾性部材５１を収容する。なお、図２においては、第１弾性部材５１の図示を省略する。
　筐体１１は、底壁部１３と、側壁部１２と、天壁部１４と、支持板部１６と、第１凸部１５ａ，１５ｂと、を有する。底壁部１３は、上下方向Ｚと直交する正方形板状である。側壁部１２は、底壁部１３の外縁から上側に突出する矩形環状である。図２に示すように、天壁部１４は、側壁部１２の上端に接続される。支持板部１６は、底壁部１３の上面に配置される。図１に示すように、支持板部１６は、左右方向Ｘに延びる長方形板状である。支持板部１６の左右方向両端部は、側壁部１２に接続される。
　第１凸部１５ａ，１５ｂは、筐体１１の内側面から左右方向Ｘに突出する。第１凸部１５ａは、側壁部１２の内側面のうち左側の内側面から右側に突出する。第１凸部１５ｂは、側壁部１２の内側面のうち右側の内側面から左側に突出する。第１凸部１５ａ，１５ｂは、互いに他方の第１凸部に向かって突出する。第１凸部１５ａと第１凸部１５ｂとは、前後方向Ｙにおいて同じ位置に配置される。第１凸部１５ａ，１５ｂは、支持板部１６の上側に配置される。図示は省略するが、第１凸部１５ａ，１５ｂは、左右方向Ｘに延びる円柱状である。
　回路基板６０は、支持板部１６よりも後側において底壁部１３の上面に配置される。回路基板６０は、上下方向Ｚと直交する正方形板状である。回路基板６０は、コイル３０と電気的に接続される。キャパシタ７０は、回路基板６０の上面に取り付けられる。
　コイル３０は、前後方向Ｙに延びる。コイル３０は、導線が前後方向Ｙと平行な軸を中心として螺旋状に巻かれて構成される。すなわち、本明細書において「コイルの延びる方向」とは、螺旋状に巻かれたコイルの中心軸に沿った方向を含む。コイル３０は、回路基板６０の上側に配置される。図１では、コイル３０は、左右方向Ｘにおいて、発電素子１０の中央に配置される。
　コイル３０の後側の端部は、第１端子３１と電気的に接続される。第１端子３１は、筐体１１の外部に配置される。コイル３０の前側の端部は、キャパシタ７０の一方の電極と電気的に接続される。キャパシタ７０の他方の電極は、第２端子３２と電気的に接続される。第２端子３２は、筐体１１の外部に配置される。このように、キャパシタ７０は、コイル３０と直列接続される。そのため、コイル３０に生じた電流によってキャパシタ７０を充電できる。これにより、発電素子１０が搭載される機器に応じて第１端子３１と第２端子３２とから好適に電力を出力できる。
　磁性部材２０は、前後方向Ｙに延びる円柱状である。磁性部材２０は、回路基板６０の上側に配置される。図２に示すように、磁性部材２０は、回路基板６０の上面から上側に突出する支持部６１によって、下側から支持される。磁性部材２０は、コイル３０の内側に挿入される。本実施形態では、磁性部材２０にはコイル３０が巻き付けられる。本実施形態において磁性部材２０の前後方向Ｙの寸法は、コイル３０の前後方向Ｙの寸法とほぼ同じである。磁性部材２０は、大バルクハウゼン効果が生じる部材である。磁性部材２０は、例えば、アモルファス金属製である。ここで、大バルクハウゼン効果とは、ある対象に対して作用する磁界の向きが反転した際に、ある対象内の磁束密度の向きが急激に反転する大バルクハウゼンジャンプが生じる現象である。なお、磁性部材２０は、大バルクハウゼン効果が生じる部材であれば、特に限定されず、ウィーガント・ワイヤ等であってもよい。
　マグネット４０は、コイル３０の外側において、磁性部材２０の周囲に配置される。図１では、マグネット４０は、磁性部材２０の前側に配置される。マグネット４０は、左右方向Ｘに延びる角柱状である。図２に示すように、マグネット４０は、支持板部１６の上面に配置される。マグネット４０は、支持板部１６の上面に沿って左右方向Ｘに移動可能である。マグネット４０は、前後方向Ｙに沿って視て、磁性部材２０と重なる位置に配置される。そのため、マグネット４０が磁性部材２０の上側に配置されるような場合に比べて、発電素子１０の上下方向Ｚの寸法を小さくできる。
　なお、本明細書において説明するマグネットと磁性部材との配置関係は、特に断りのない限り、少なくとも定常状態において満たせばよい。定常状態とは、筐体の下面を水平面上に設置した状態において、発電素子が停止し、かつ、マグネットが静止した状態である。
　図１に示すように、マグネット４０は、前後方向Ｙと直交する左右方向Ｘに沿って並んで配置される交互に異なる磁極を有する。本実施形態においてマグネット４０は、交互に異なる磁極として、Ｎ極４１と、Ｎ極４１の右側に配置されるＳ極４２と、を有する。交互に異なる磁極同士の境界、すなわちＮ極４１とＳ極４２との境界４３における左右方向Ｘの位置は、磁性部材２０における左右方向幅内である。図１では、境界４３における左右方向Ｘの位置は、磁性部材２０の左右方向Ｘの中心における左右方向Ｘの位置と同じである。境界４３は、前後方向Ｙに沿って視て、磁性部材２０と重なる。境界４３は、マグネット４０の左右方向Ｘの中心に配置される。
　第１弾性部材５１は、左右方向Ｘに伸縮可能である。第１弾性部材５１は、左右方向Ｘに延びるコイルバネである。第１弾性部材５１は、非磁性体である。第１弾性部材５１は、マグネット４０に固定される。第１弾性部材５１は、マグネット４０と筐体１１とを接続する。
　本実施形態において第１弾性部材５１は、第１弾性部材５１ａと第１弾性部材５１ｂとの一対設けられる。一対の第１弾性部材５１ａ，５１ｂは、マグネット４０の左右方向両端部にそれぞれ固定される。第１弾性部材５１ａの右側の端部は、マグネット４０の左側の端部に固定される。第１弾性部材５１ａの左側の端部は、第１凸部１５ａに固定される。より詳細には、第１弾性部材５１ａは、第１弾性部材５１ａの左右方向端部、すなわち左側の端部の開口に第１凸部１５ａが嵌め合わされて、第１凸部１５ａに固定される。そのため、第１弾性部材５１ａを容易かつ安定して筐体１１に固定することができる。
　第１弾性部材５１ｂの左側の端部は、マグネット４０の右側の端部に固定される。第１弾性部材５１ｂの右側の端部は、第１凸部１５ｂに固定される。より詳細には、第１弾性部材５１ｂは、第１弾性部材５１ｂの左右方向端部、すなわち右側の端部の開口に第１凸部１５ｂが嵌め合わされて、第１凸部１５ｂに固定される。そのため、第１弾性部材５１ｂを容易かつ安定して筐体１１に固定することができる。
　第１弾性部材５１ａの弾性係数と第１弾性部材５１ｂの弾性係数とは、例えば、同じである。第１弾性部材５１ａ，５１ｂの弾性係数は、発電素子１０の使用環境等に応じて適宜決められる。なお、第１弾性部材５１ａの弾性係数と第１弾性部材５１ｂの弾性係数とは、互いに異なっていてもよい。
　マグネット４０は、第１弾性部材５１の伸縮に伴って、筐体１１に対して左右方向Ｘに移動する。具体的には、発電素子１０に振動が加えられることで、第１弾性部材５１の左右方向Ｘの伸縮と共に、マグネット４０が左右方向Ｘに振動する。マグネット４０の左右方向Ｘの振動によって磁性部材２０に大バルクハウゼン効果が生じて、コイル３０に電圧パルスが生じる。
　図３の上図は、磁性部材２０に作用するマグネット４０による磁界の強さＨの変化を示すグラフである。なお、図３の上図において横軸は時間ｔを示し、縦軸は磁性部材２０に作用する磁界の強さＨを示す。図３下図は、コイル３０に生じる電圧Ｖの変化を示すグラフである。図３の下図において横軸は時間ｔを示し、縦軸はコイル３０に生じる電圧Ｖを示す。図４は、磁性部材２０内の磁束密度Ｂと磁性部材２０に作用するマグネット４０による磁界の強さＨとの関係を示すグラフである。図４において横軸は磁界の強さＨを示し、縦軸は磁束密度Ｂを示す。
　磁性部材２０には、マグネット４０によって生じる磁界が作用する。マグネット４０が左右方向Ｘに振動すると、例えば図３の上図に示すように、磁性部材２０に作用する磁界の強さＨが周期的に変化する。図３の上図では、例えば、Ｎ極４１が磁性部材２０と対向した際に磁性部材２０に作用する磁界の向きを正として示し、Ｓ極４２が磁性部材２０と対向した際に磁性部材２０に作用する磁界の向きを負として示す。Ｎ極４１が磁性部材２０と対向した際に磁性部材２０に作用する磁界の向きと、Ｓ極４２が磁性部材２０と対向した際に磁性部材２０に作用する磁界の向きとは、互いに逆向きである。マグネット４０が左右方向Ｘに振動して、磁性部材２０と前後方向Ｙに対向する磁極が交互に変化することで、磁性部材２０に作用する磁界の強さＨは、正の値と負の値とを交互に繰り返す。すなわち、磁性部材２０に作用する磁界の向きが交互に反転する。図３の上図は、マグネット４０が一定の振幅で左右方向Ｘに振動する場合について示しており、磁界の強さＨは、正弦波状に変化する。
　磁性部材２０に作用する磁界の向きが変化した後に磁界の強さＨの絶対値が第１閾値に達すると、磁性部材２０内の磁束密度Ｂの向きが急激に反転する。この磁束密度Ｂの向きの急激な反転によって電磁誘導が生じ、図３下図に示すように、コイル３０に電圧パルスが生じる。
　具体的には、例えば、図３に示す時刻ｔ１，ｔ３，ｔ５，ｔ７においてコイル３０に電圧パルスが生じる。時刻ｔ１，ｔ５は、磁界の向きが負の向きから正の向きに切り換わった後、磁界の強さＨが第１閾値Ｈ１に達した時刻である。図４に示すように、時刻ｔ１，ｔ５において磁束密度Ｂが負の値から正の値に急激に変化する。これにより、電磁誘導が生じて、コイル３０に電圧パルスが生じる。図３に示すように、時刻ｔ３，ｔ７は、磁界の向きが正の向きから負の向きに切り換わった後、磁界の強さＨが第１閾値－Ｈ１に達した時刻である。図４に示すように、時刻ｔ３，ｔ７において磁束密度Ｂが正の値から負の値に急激に変化する。これにより、電磁誘導が生じて、コイル３０に電圧パルスが生じる。ここで、図３の下図に示すように、時刻ｔ３，ｔ７において生じる電圧パルスの向きは、時刻ｔ１，ｔ５において生じる電圧パルスの向きと逆向きである。
　電圧パルスが生じるためには、磁界の向きが反転する前に、磁界の強さＨの絶対値が第２閾値以上になる必要がある。これは、磁性部材２０内全体の磁化の向きを一方向に揃えるためである。第２閾値の絶対値は、第１閾値の絶対値よりも大きい。図３の上図では、磁界の強さＨが極大値となる時刻ｔ２，ｔ６において、磁界の強さＨの絶対値が第２閾値Ｈ２の絶対値以上なため、時刻ｔ３，ｔ７において電圧パルスが生じる。また、磁界の強さＨが極小値となる時刻ｔ４において、磁界の強さＨの絶対値が第２閾値－Ｈ２の絶対値以上なため、時刻ｔ５において電圧パルスが生じる。また、磁界の強さＨが極小値となる時刻ｔ８において、磁界の強さＨの絶対値が第２閾値－Ｈ２の絶対値以上なため、時刻ｔ８の後に磁界の強さＨが第１閾値Ｈ１となる時刻において電圧パルスが生じる。
　以上のようにして、磁性部材２０に作用する磁界の向きが反転するごとに、コイル３０に電圧パルスが生じる。磁性部材２０に対向するマグネット４０の磁極が変化することで、磁性部材２０に作用する磁界の向きは変化する。すなわち、Ｎ極４１とＳ極４２とが磁性部材２０に対して交互に対向することで、その都度、コイル３０に電圧パルスが生じる。本実施形態では、マグネット４０が第１弾性部材５１によって左右方向Ｘに振動できるため、発電素子１０に振動が加えられると、一度の振動で磁性部材２０に対向するマグネット４０の磁極を複数回変化させることができる。そのため、発電素子１０に僅かに振動が加えられた場合であっても、コイル３０に複数回電圧パルスを生じさせることができ、発電素子１０の発電量を大きくすることができる。したがって、本実施形態によれば、振動を利用して効率的な発電を行うことができる。
　また、大バルクハウゼン効果による磁束密度Ｂの向きの急激な反転は、磁界の強さＨの変化速度が小さい場合であっても生じる。そのため、発電素子１０に加えられた振動が小さく、マグネット４０が左右方向Ｘに振動する際のマグネット４０の移動速度が小さい場合であっても、コイル３０に電圧Ｖの値が比較的高い電圧パルスが生じる。これにより、発電素子１０に加えられた振動の大きさによらず、発電素子１０の発電量を大きくすることができる。
　以上のように、本実施形態の発電素子１０によれば、発電素子１０に加えられる僅かな振動を利用して効率的な発電が可能である。そのため、例えば、発電素子１０を床に埋め込んで設置することで、人が床を歩いた際の振動を利用して効率的に発電を行うことができる。また、発電素子１０を人が携帯する機器に搭載することで、人が歩く際の振動を利用して効率的な発電を行うことができる。
　また、本実施形態によれば、マグネット４０の左右方向両端部にそれぞれ固定された一対の第１弾性部材５１ａ，５１ｂが設けられるため、マグネット４０を安定して左右方向Ｘに振動させやすい。また、例えば、マグネット４０が左右方向Ｘに移動し過ぎて筐体１１に衝突することを抑制できる。　
　また、本実施形態によれば、境界４３の左右方向Ｘの位置は、磁性部材２０における左右方向幅内である。そのため、マグネット４０が左右方向Ｘに振動した際、磁性部材２０と対向するマグネット４０の磁極が切り換わりやすい。これにより、磁性部材２０に作用する磁界の向きが変化する回数を多くしやすく、発電素子１０の発電量を向上できる。
　また、本実施形態によれば、第１弾性部材５１が非磁性体であるため、第１弾性部材５１は、マグネット４０によって生じる磁界に干渉しない。これにより、マグネット４０が左右方向Ｘに振動することによって、上述した磁性部材２０に作用する磁界の反転を好適に生じさせることができる。したがって、発電素子１０の発電量を好適に向上できる。
　本発明は上述の実施形態に限られず、他の構成を採用することもできる。以下の説明においては、上記説明と同様に構成については、適宜同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
　第１弾性部材５１の数は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。第１弾性部材５１の数が３つ以上の場合には、例えばマグネット４０の左右方向端部に複数の第１弾性部材５１が固定される。また、第１弾性部材５１の筐体１１に対する固定方法は、特に限定されない。第１弾性部材５１は、側壁部１２に直接固定されてもよい。この場合、第１凸部１５ａ，１５ｂは設けられなくてもよい。第１弾性部材５１は、左右方向Ｘに伸縮可能でマグネット４０を左右方向Ｘに振動させられるならば、特に限定されない。第１弾性部材５１は、左右方向Ｘに伸縮可能な紐等であってもよい。第１弾性部材５１は、磁性体であってもよい。
　また、マグネット４０の磁極は、２つに限られず、３つ以上であってもよい。この場合においても、Ｎ極４１とＳ極４２とが左右方向Ｘに沿って交互に並ぶ。また、キャパシタ７０とは異なる他の電子素子をコイル３０と直列接続してもよい。他の電子素子は、例えば、整流回路等である。また、キャパシタ７０は、設けられなくてもよい。
＜第２実施形態＞
　図５に示すように、本実施形態の発電素子１１０において筐体１１１は、壁部１１７を有する。図６に示すように、壁部１１７は、支持板部１６の後側の端部から上側に立ち上がる壁である。壁部１１７の上端は、天壁部１４と接続される。図５に示すように、壁部１１７は、左右方向Ｘに延びる。壁部１１７の左右方向両端部は、側壁部１２と接続される。壁部１１７は、筐体１１１の内部を前後方向Ｙに仕切る。壁部１１７は、コイル３０とマグネット４０との前後方向Ｙの間に配置される。そのため、壁部１１７によって、マグネット４０がコイル３０に向かって後側に移動することを抑制できる。これにより、マグネット４０がコイル３０および磁性部材２０に衝突することを抑制できる。なお、図６においては、第１弾性部材５１の図示を省略する。
　壁部１１７は、非磁性体である。そのため、壁部１１７は、マグネット４０によって生じる磁界に干渉しない。これにより、マグネット４０が左右方向Ｘに振動することによって、上述した磁性部材２０に作用する磁界の反転を好適に生じさせることができる。したがって、発電素子１１０の発電量を好適に向上できる。
　本実施形態においてマグネット４０は、壁部１１７に接触した状態で左右方向Ｘに移動する。そのため、マグネット４０の左右方向Ｘの移動を壁部１１７によって案内することができる。これにより、マグネット４０の左右方向Ｘの移動を安定させることができる。
＜第３実施形態＞
　図７に示すように、本実施形態の発電素子２１０において筐体２１１は、壁部２１７を有する。壁部２１７は、上下方向Ｚと直交する正方形板状である。壁部２１７の外縁は、側壁部１２の内側面に接続される。図８に示すように壁部２１７は、筐体２１１の内部を上下方向Ｚに仕切る。壁部２１７は、コイル３０とマグネット２４０との上下方向Ｚの間に配置される。そのため、マグネット２４０がコイル３０に向かって移動することを抑制でき、マグネット２４０がコイル３０および磁性部材２０に衝突することを抑制できる。本実施形態において筐体２１１は、第１実施形態の筐体１１と異なり、支持板部１６を有しない。なお、図８においては、第１弾性部材２５１の図示を省略する。
　図７に示すように、筐体２１１において第１凸部２１５ａ，２１５ｂは、壁部２１７よりも上側において側壁部１２の内側面から左右方向Ｘに突出する。第１凸部２１５ａ，２１５ｂは、筐体２１１の前後方向Ｙの中央に配置される。
　本実施形態において筐体２１１は、第２凸部２１８ａ，２１８ｂを有する。第２凸部２１８ａ，２１８ｂは、筐体２１１の内側面から前後方向Ｙに突出する。第２凸部２１８ａは、側壁部１２の内側面のうち前側の内側面から後側に突出する。第２凸部２１８ｂは、側壁部１２の内側面のうち後側の内側面から前側に突出する。第２凸部２１８ａ，２１８ｂは、互いに他方の第２凸部に向かって突出する。第２凸部２１８ａと第２凸部２１８ｂとは、左右方向Ｘにおいて同じ位置に配置される。第２凸部２１８ａ，２１８ｂは、壁部２１７よりも上側に配置される。第２凸部２１８ａ，２１８ｂの上下方向Ｚの位置は、第１凸部２１５ａ，２１５ｂの上下方向Ｚの位置と同じである。第２凸部２１８ａ，２１８ｂは、筐体２１１の左右方向Ｘの中央に配置される。図示は省略するが、第２凸部２１８ａ，２１８ｂは、左右方向Ｘに延びる円柱状である。
　図８に示すように、マグネット２４０は、壁部２１７の上面に配置される。マグネット２４０は、壁部２１７の上面に沿って左右方向Ｘおよび前後方向Ｙに移動可能である。図７に示すように、マグネット２４０は、前後方向Ｙおよび左右方向Ｘの両方と直交する上下方向Ｚに沿って視て、磁性部材２０と重なる位置に配置される。そのため、マグネット２４０が磁性部材２０の前後方向Ｙの一方側に配置されるような場合に比べて、発電素子２１０の前後方向Ｙの寸法を小さくできる。
　マグネット２４０は、上下方向Ｚに沿って視て、磁性部材２０の前後方向Ｙの中央に配置される。マグネット２４０は、上下方向Ｚに沿って視て、筐体２１１の中央に配置される。マグネット２４０の境界２４３における左右方向Ｘの位置は、磁性部材２０における左右方向幅内である。そのため、マグネット２４０が左右方向Ｘに振動した際、磁性部材２０と壁部２１７を介して対向するマグネット２４０の磁極が切り換わりやすい。これにより、磁性部材２０に作用する磁界の向きが変化する回数を多くしやすく、発電素子２１０の発電量を向上できる。図７では、境界２４３における左右方向Ｘの位置は、磁性部材２０の左右方向Ｘの中心における左右方向Ｘの位置と同じである。本実施形態では、境界２４３は、上下方向Ｚに沿って視て、磁性部材２０と重なる。　
　発電素子２１０は、第２弾性部材２５２を備える。第２弾性部材２５２は、前後方向Ｙに伸縮可能である。第２弾性部材２５２は、前後方向Ｙに延びるコイルバネである。第２弾性部材２５２は、非磁性体である。第２弾性部材２５２は、マグネット２４０に固定される。第２弾性部材２５２は、マグネット２４０と筐体２１１とを接続する。
　本実施形態において第２弾性部材２５２は、第２弾性部材２５２ａと第２弾性部材２５２ｂとの一対設けられる。一対の第２弾性部材２５２ａ，２５２ｂは、マグネット２４０の前後方向両端部にそれぞれ固定される。第２弾性部材２５２ａの後側の端部は、マグネット２４０の前側の端部に固定される。本実施形態では第２弾性部材２５２ａの後側の端部は、マグネット２４０の前側の端部のうちマグネット２４０の左右方向Ｘの中心、すなわち境界２４３に固定される。第２弾性部材２５２ａの前側の端部は、第２凸部２１８ａに固定される。より詳細には、第２弾性部材２５２ａは、第２弾性部材２５２ａの前後方向端部、すなわち前側の端部の開口に第２凸部２１８ａが嵌め合わされて、第２凸部２１８ａに固定される。そのため、第２弾性部材２５２ａを容易かつ安定して筐体２１１に固定することができる。
　第２弾性部材２５２ｂの前側の端部は、マグネット２４０の後側の端部に固定される。本実施形態では第２弾性部材２５２ａの前側の端部は、マグネット２４０の後側の端部のうちマグネット２４０の左右方向Ｘの中心、すなわち境界２４３に固定される。第２弾性部材２５２ｂの後側の端部は、第２凸部２１８ｂに固定される。より詳細には、第２弾性部材２５２ｂは、第２弾性部材２５２ｂの前後方向端部、すなわち後側の端部の開口に第２凸部２１８ｂが嵌め合わされて、第２凸部２１８ｂに固定される。そのため、第２弾性部材２５２ｂを容易かつ安定して筐体２１１に固定することができる。
　第２弾性部材２５２ａの弾性係数と第２弾性部材２５２ｂの弾性係数とは、例えば、同じである。第２弾性部材２５２ａ，２５２ｂの弾性係数は、発電素子２１０の使用環境等に応じて適宜決められる。なお、第２弾性部材２５２ａの弾性係数と第２弾性部材２５２ｂの弾性係数とは、互いに異なっていてもよい。また、第１弾性部材２５１の弾性係数と第２弾性部材２５２の弾性係数とは、同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。
　本実施形態において第１弾性部材２５１ａ，２５１ｂは、前後方向Ｙにおいて筐体２１１の中央に配置される。第２弾性部材２５２ａ，２５２ｂは、左右方向Ｘにおいて筐体２１１の中央に配置される。
　マグネット２４０は、第２弾性部材２５２の伸縮に伴って、筐体２１１に対して前後方向Ｙに移動する。具体的には、発電素子２１０に振動が加えられることで、第２弾性部材２５２の前後方向Ｙの伸縮と共に、マグネット２４０が前後方向Ｙに振動する。本実施形態によれば、第２弾性部材２５２が設けられることで、マグネット２４０が前後方向Ｙに移動した際に、第２弾性部材２５２が伸縮してマグネット２４０が移動する前後方向Ｙの向きと逆向きの力を加える。これにより、マグネット２４０が前後方向Ｙに移動し過ぎて筐体２１１に衝突することを抑制できる。一方、マグネット２４０の前後方向Ｙの移動がある程度許容されるため、発電素子２１０に加えられた振動によってマグネット２４０が自由に動きやすい。そのため、マグネット２４０がより左右方向Ｘに振動しやすくなり、発電素子２１０の発電量をより向上できる。
　また、本実施形態によれば、マグネット２４０の前後方向両端部にそれぞれ固定された一対の第２弾性部材２５２ａ，２５２ｂが設けられるため、マグネット２４０を前後方向Ｙに安定して保持しやすい。また、マグネット２４０が前後方向Ｙに移動し過ぎて筐体２１１と衝突することをより抑制できる。
　また、本実施形態のように、マグネット２４０の左右方向両端部とマグネット２４０の前後方向両端部とに弾性部材を設けることで、マグネット２４０を安定して保持することができる。また、マグネット２４０が左右方向Ｘおよび前後方向Ｙのいずれに移動する場合であっても、マグネット２４０が筐体２１１に衝突することを抑制できる。
　なお、第２弾性部材２５２の数は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。第２弾性部材２５２の数が３つ以上の場合には、例えばマグネット２４０の前後方向端部に複数の第２弾性部材２５２が固定される。また、第２弾性部材２５２の筐体２１１に対する固定方法は、特に限定されない。第２弾性部材２５２は、側壁部１２に直接固定されてもよい。この場合、第２凸部２１８ａ，２１８ｂは設けられなくてもよい。第２弾性部材２５２は、前後方向Ｙに伸縮可能であれば、特に限定されない。第２弾性部材２５２は、前後方向Ｙに伸縮可能な紐等であってもよい。第２弾性部材２５２は、磁性体であってもよい。
＜スマートキーの実施形態＞
　上述した各実施形態の発電素子が搭載される機器の一例としては、スマートキーが挙げられる。図９に示すように、本実施形態のスマートキー１は、ケース２と、制御部３と、受信部４と、送信部５と、操作部６と、上述した第１実施形態の発電素子１０と、を備える。
　ケース２は、スマートキー１の各部を収容する。受信部４は、車両等に搭載された送信機からの信号を受信する。送信部５は、車両等に搭載された受信機に信号を送信する。操作部６は、使用者によって操作される。操作部６は、例えば、ボタンである。使用者が操作部６を押すことによって、制御部３に操作信号が送られる。制御部３には、受信部４と送信部５と操作部６とが接続される。制御部３は、受信部４によって受信された信号および操作部６から入力された操作信号に基づいて送信部５からの信号の送信を制御する。
　スマートキー１において発電素子１０は、電源として機能する。すなわち、発電素子１０によって発電された電力が、スマートキー１の各部に供給される。例えば、スマートキー１は、使用者によって携帯される。そのため、使用者が歩行する、または使用者がスマートキー１を操作することで、スマートキー１に振動が加えられる。これにより、発電素子１０に振動が加えられ、上述したようにして発電される。したがって、電池の交換を不要にできる。
　なお、上述した各実施形態の発電素子の用途は限定されず、スマートキー以外のいかなる機器に搭載されてもよい。また、上述した各構成は、相互に矛盾しない範囲内において、適宜組み合わせることができる。
　なお、上述した各実施形態の発電素子において、筐体は、上下方向Ｚに沿って視た外形が円形の円筒形状としてもよい。
　１…スマートキー、１０，１１０，２１０…発電素子、１１，１１１，２１１…筐体、１５ａ，１５ｂ，２１５ａ，２１５ｂ…第１凸部、２０…磁性部材、３０…コイル、４０，２４０…マグネット、４３，２４３…境界、５１，５１ａ，５１ｂ，２５１，２５１ａ，２５１ｂ…第１弾性部材、６０…回路基板、７０…キャパシタ、１１７，２１７…壁部、２５２，２５２ａ，２５２ｂ…第２弾性部材、Ｘ…左右方向（第２方向）、Ｙ…前後方向（第１方向）、Ｚ…上下方向（第３方向）

Claims (12)

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