WO2024004423A1 - 発電素子、磁気センサ、およびエンコーダ - Google Patents

発電素子、磁気センサ、およびエンコーダ Download PDF

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WO2024004423A1
WO2024004423A1 PCT/JP2023/018572 JP2023018572W WO2024004423A1 WO 2024004423 A1 WO2024004423 A1 WO 2024004423A1 JP 2023018572 W JP2023018572 W JP 2023018572W WO 2024004423 A1 WO2024004423 A1 WO 2024004423A1
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WO
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magnetic body
power generation
soft magnetic
generation element
magnetic
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PCT/JP2023/018572
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English (en)
French (fr)
Inventor
智行 村西
優紀 田中
慎一 堤
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/245—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train

Definitions

  • the present disclosure relates to a power generation element, a magnetic sensor, and an encoder, and particularly relates to a power generation element, a magnetic sensor, and an encoder that utilize the Large Barkhausen effect.
  • Patent Document 1 describes a power generation element that includes a magnetic material that produces a large Barkhausen effect, a power generation coil that is wound around the magnetic material, and a soft magnetic material that is formed to press the magnetic material. is disclosed.
  • the power generating element of Patent Document 1 has a problem in that it is difficult to appropriately apply a magnetic field to the magnetic material due to the gap between the magnetic material and the soft magnetic material.
  • you try to make the soft magnetic material adhere to the magnetic material in order to eliminate the gap between the magnetic material and the soft magnetic material you will need high-precision parts, a separate process, and the power generation element will be damaged.
  • it is difficult to manufacture There is a problem that it is difficult to manufacture.
  • the present disclosure has been made in order to solve such problems, and aims to provide a power generation element, a magnetic sensor, and an encoder that can easily apply a magnetic field to a magnetic material appropriately and are easy to manufacture.
  • a power generation element includes a magnetic material that produces a large Barkhausen effect, a coil wound around the magnetic material, and a winding axis extending outside the coil in a winding axis direction of the coil. the magnetic body and the first soft magnetic body, the magnetic body and the first soft magnetic body; and a filling member filled between.
  • a magnetic sensor includes the above power generation element and a detection element that is driven based on the electric power generated by the power generation element and detects magnetism.
  • An encoder includes a rotating magnet and the above-mentioned power generation element that generates power by a change in a magnetic field caused by the rotation of the magnet.
  • a power generating element a magnetic sensor, and an encoder that are easy to appropriately apply a magnetic field to a magnetic material and are easy to manufacture.
  • FIG. 1A is a diagram showing a motor including an encoder according to the first embodiment.
  • FIG. 1B is a diagram showing a connection between a motor and a load according to the first embodiment.
  • FIG. 2A is a diagram showing a board included in the encoder of the first embodiment.
  • FIG. 2B is a diagram showing a rotary plate included in the encoder of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the power generating element taken along line III-III in FIG. 2A.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the power generating element taken along line IV-IV in FIG. 2A.
  • FIG. 5A is a plan view of a power generation element used for simulations, etc., viewed from the rotation axis direction.
  • FIG. 5A is a plan view of a power generation element used for simulations, etc., viewed from the rotation axis direction.
  • FIG. 5B is a diagram showing a VB-VB cross section of the power generation element shown in FIG. 5A.
  • FIG. 6 is a graph showing magnetic flux density obtained by simulation using the power generation elements shown in FIGS. 5A and 5B.
  • FIG. 7A is a graph showing the power generation amount obtained by measurement using the power generation element of the comparative example.
  • FIG. 7B is a graph showing the power generation amount obtained by measurement using the power generation element of FIG. 5A.
  • FIG. 8A is a graph showing the standard deviation of the power generation amount obtained by measurement using the power generation element of the comparative example.
  • FIG. 8B is a graph showing the standard deviation of power generation amount obtained by measurement using the power generation element of FIG. 5A.
  • FIG. 9 is a sectional view showing a power generation element of an encoder according to the second embodiment.
  • each figure is a schematic diagram and is not necessarily strictly illustrated. Note that in each figure, substantially the same configurations are denoted by the same reference numerals, and overlapping explanations will be omitted or simplified.
  • FIG. 1A is a diagram showing a motor 1 including an encoder 20 according to the first embodiment.
  • FIG. 1A is a view seen from the radial direction (direction indicated by arrow X in FIGS. 2A and 2B) centered on the rotation axis A of the rotation shaft 16 of the motor 1.
  • FIG. 1A the case 18 and the magnet 26 are shown in cross section.
  • illustration of the power generation element 34 and the control circuit 30 shown in FIG. 2A is omitted.
  • FIG. 1B is a diagram showing the connection between the motor 1 and the load 300.
  • FIG. 2A is a diagram illustrating substrate 24 of encoder 20 of FIG. 1A.
  • 2B is a diagram showing the rotating plate 22 of the encoder 20 of FIG. 1A.
  • 2A and 2B are views seen from the rotation axis direction (the direction indicated by arrow Y in FIG. 1A), which is the direction in which the rotation axis A of the rotation shaft 16 extends.
  • the motor 1 includes a main body 10, a rotor 12, a stator 14, a rotating shaft 16, a case 18, and an encoder 20.
  • the rotor 12 and stator 14 are housed in the main body 10. Rotor 12 rotates relative to stator 14 .
  • the rotation shaft 16 is fixed to the rotor 12 and rotates around the rotation axis A together with the rotor 12. That is, the rotation axis A is the rotation center of the rotation shaft 16 and the rotor 12.
  • the rotation shaft 16 extends in the direction of the rotation axis A and has a rod shape such as a cylinder.
  • the axial center of the rotation shaft 16 and the rotation axis A are coincident with each other. For example, when electric power is supplied to the motor 1, the rotating shaft 16 rotates about the rotation axis A together with the rotor 12 based on the electric power.
  • the rotation direction of the rotation shaft 16 (the direction indicated by the arrow Z in FIGS. 2A and 2B) coincides with the circumferential direction around the rotation axis A.
  • An encoder 20 is provided at one end of the rotation shaft 16 in the rotation axis direction.
  • a load 300 that is rotationally driven by the rotation of the rotation shaft 16 is attached to the other end of the rotation shaft 16 in the rotation axis direction.
  • the rotating shaft 16 is made of magnetic metal such as iron.
  • the rotating shaft 16 may be made of non-magnetic metal.
  • the load 300 may be any device as long as it is driven by the motor 1, and may be, for example, a wheel used in a moving body such as an automobile or a train, or a blade of an electric fan.
  • the case 18 is attached to the main body 10 so as to cover one end of the rotation shaft 16 in the rotation axis direction and the encoder 20.
  • the case 18 is made of a magnetic metal such as iron.
  • the encoder 20 detects the rotation of the rotating body.
  • the rotating shaft 16 corresponds to the rotating body, and the encoder 20 detects the rotation of the rotating shaft 16.
  • the encoder 20 detects the rotational position of the rotational shaft 16, the rotational direction of the rotational shaft 16, the rotational speed of the rotational shaft 16, and the like.
  • the encoder 20 detects the rotation of the rotating shaft 16 using at least one of an absolute method and an incremental method.
  • encoder 20 is a battery-less encoder.
  • the encoder 20 is provided at one end of the rotation shaft 16 in the rotation axis direction.
  • the encoder 20 includes a rotating plate 22, a substrate 24, a magnet 26, a magnetic sensor 28, and a control circuit 30.
  • the rotary plate 22 has a plate shape whose thickness direction is in the rotation axis direction, and extends in a direction perpendicular to the rotation axis direction.
  • the rotary plate 22 is circular and disc-shaped when viewed from the direction of the rotation axis. Note that, for example, the rotary plate 22 does not have to be disc-shaped, and may be annular or the like.
  • the rotating plate 22 is attached to one end of the rotating shaft 16 in the rotation axis direction.
  • the axial center of the rotary plate 22 and the rotation axis A are coincident with each other.
  • the rotating plate 22 rotates together with the rotating shaft 16.
  • the substrate 24 has a plate shape whose thickness direction is in the rotational axis direction, and extends in a direction perpendicular to the rotational axis direction.
  • the substrate 24 is circular and disc-shaped when viewed from the rotation axis direction.
  • the substrate 24 is disposed at a distance from one end of the rotation shaft 16 and the rotation plate 22 in the direction of the rotation axis, and faces the rotation plate 22.
  • the axial center of the substrate 24 and the rotation axis A are coincident with each other.
  • the substrate 24 is fixed so as not to rotate together with the rotating shaft 16.
  • the magnet 26 rotates.
  • the magnet 26 rotates together with the rotating shaft 16 and the rotating plate 22 when the rotating shaft 16 rotates.
  • the magnet 26 has an annular shape and is arranged along the rotation direction of the rotation shaft 16.
  • the magnet 26 has a plate shape whose thickness direction is along the axis of rotation.
  • the magnet 26 is arranged on the main surface of the rotating plate 22 on the opposite side from the substrate 24.
  • the magnet 26 has a north pole and a south pole arranged in line with the north pole in the rotational direction of the rotating shaft 16. One half of the magnet 26 is magnetized to the north pole, and the other half of the magnet 26 is magnetized to the south pole.
  • the magnet 26 only needs to be configured so that the power generation element 32 and the power generation element 34 can generate power by rotating together with the rotating shaft 16.
  • the magnet 26 is magnetized so that the N pole and the S pole are aligned in the radial direction around the rotation axis A, like the magnet 106 and the magnet 108 shown in FIGS. 5A and 5B, which will be described later. may have been done.
  • the magnetic sensor 28 is a sensor that detects magnetism.
  • the magnetic sensor 28 includes a plurality of power generation elements 32 and 34 and a plurality of detection elements 36 and 38. Note that, for example, the magnetic sensor 28 may have one power generation element instead of a plurality of power generation elements. Further, for example, the magnetic sensor 28 may have one detection element instead of a plurality of detection elements.
  • Each of the plurality of power generating elements 32 and 34 generates power by changes in the magnetic field caused by the rotation of the magnet 26.
  • each of the plurality of power generation elements 32 and 34 generates power by changes in the magnetic field caused by the rotation of the magnet 26 together with the rotating shaft 16.
  • the magnet 26 rotates so that one end of the magnetic body 40 of the power generation element 32 faces the S pole of the magnet 26 and the other end of the magnetic body 40 of the power generation element 32 comes close to the N pole of the magnet 26 to some extent.
  • the magnetization direction of the magnetic body 40 is reversed, and the power generation element 32 generates power.
  • the power generation element 34 the same applies to the power generation element 34.
  • the magnet 26 rotates, and one end of the magnetic body 40 of the power generation element 32 faces the N pole of the magnet 26, and the other end of the magnetic body 40 of the power generation element 32 comes close to the S pole of the magnet 26 to some extent.
  • the power generating element 32 generates power.
  • Each of the plurality of power generating elements 32 and 34 extends in a tangential direction to the rotational direction of the rotating shaft 16. Specifically, each of the plurality of power generating elements 32 and 34 is arranged such that the magnetic body 40 extends in the tangential direction of the rotation direction of the rotating shaft 16. Note that each of the plurality of power generating elements 32 and 34 may be arranged so as to generate power by a change in the magnetic field caused by the rotation of the magnet 26.
  • the plurality of power generation elements 32 and 34 are arranged on the main surface of the substrate 24 facing away from the rotation axis 16 (facing away from the rotating plate 22). Note that the plurality of power generating elements 32 and 34 may be arranged on the main surface of the substrate 24 facing the rotating shaft 16 (facing the rotating plate 22). The plurality of power generating elements 32 and 34 are arranged side by side in the rotational direction of the rotating shaft 16.
  • Each of the plurality of detection elements 36 and 38 is driven based on the electric power generated by the power generation element 32 to detect magnetism.
  • each of the plurality of detection elements 36 and 38 is driven based on the electric power generated by the power generation element 32, and detects the magnetism caused by the magnet 26.
  • each of the plurality of detection elements 36 and 38 is driven based on the electric power generated by the power generation element 34 to detect magnetism.
  • each of the plurality of detection elements 36 and 38 is driven based on the electric power generated by the power generation element 34, and detects the magnetism caused by the magnet 26.
  • the plurality of detection elements 36 and 38 are arranged on the main surface of the substrate 24 facing the rotation axis 16 (facing the rotation plate 22). Note that the plurality of detection elements 36 and 38 may be arranged on the main surface of the substrate 24 facing opposite to the rotation axis 16 (facing opposite to the rotating plate 22). The plurality of detection elements 36 and 38 are arranged side by side in the rotation direction of the rotation shaft 16.
  • the control circuit 30 is arranged on the main surface of the substrate 24 facing the rotating shaft 16 (facing the rotary plate 22), and is electrically connected to the plurality of power generating elements 32, 34, etc. For example, the control circuit 30 determines the rotational position of the rotating shaft 16, etc., depending on which of the plurality of power generating elements 32 and 34 generates power. Further, for example, the control circuit 30 determines the rotational position of the rotating shaft 16, etc. based on the detection results of the plurality of detection elements 36 and 38. Further, for example, the control circuit 30 determines the rotational position of the rotating shaft 16, etc. based on which of the plurality of power generation elements 32, 34 generates power and the detection results of the plurality of detection elements 36, 38. judge. In this way, the encoder 20 detects the rotation of the rotating shaft 16.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the power generating element 32 taken along the line III-III in FIG. 2A.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the power generating element 32 taken along line IV-IV in FIG. 2A.
  • the power generation element 32 includes a magnetic body 40, a coil 42, a first soft magnetic body 44, a housing 46, and a filling member 48.
  • the magnetic material 40 is a magnetic material that produces a large Barkhausen effect.
  • the magnetic body is made of a magnetic material.
  • the magnetic body 40 is a composite magnetic wire such as a Wiegand wire.
  • the Wiegand wire is a magnetic body whose magnetization direction is aligned in one of the longitudinal directions when a magnetic field of a predetermined value or more is applied along the longitudinal direction (extending direction) of the Wiegand wire.
  • a coil 42 is wound around the magnetic body 40, and the magnetic body 40 extends in the direction of the winding axis (direction indicated by arrow C in FIG. 3), which is the direction in which the winding axis B of the coil 42 extends. There is. In this embodiment, the axis of the magnetic body 40 coincides with the winding axis B.
  • the magnetic body 40 projects further outward than the coil 42 in the winding axis direction. Specifically, the magnetic body 40 protrudes from the coil 42 in one direction and further protrudes from the coil 42 in the other direction in the winding axis direction.
  • the coil 42 is wound around the magnetic body 40.
  • the coil 42 is wound around the magnetic body 40 so that the coil 42 generates electricity when the large Barkhausen effect occurs due to the magnetic body 40 .
  • the coil 42 is wound around the magnetic body 40 such that the winding axis B of the coil 42 coincides with the direction in which the magnetic body 40 extends.
  • the first soft magnetic body 44 is located outside the coil 42 in the direction of the winding axis B of the coil 42, and is arranged in a radial direction centered on the winding axis B (see arrow D in FIG. 4). ) is located outside the magnetic body 40.
  • the first soft magnetic body 44 is made of a soft magnetic material.
  • the first soft magnetic material 44 is a ferrite bead.
  • the first soft magnetic body 44 is located in one direction relative to the coil 42 in the winding axis direction, and in the one direction, the first soft magnetic body 44 is positioned in the radial direction centered on the winding axis B. It is located outside of. Further, in the present embodiment, the first soft magnetic body 44 is located in the other direction than the coil 42 in the winding axis direction, and in the other direction, the first soft magnetic body 44 is magnetic in the radial direction centering on the winding axis B. It is located outside the body 40. That is, in this embodiment, the power generation element 32 includes two first soft magnetic bodies 44. The two first soft magnetic bodies 44 are provided symmetrically with the coil 42 in between.
  • the first soft magnetic body 44 has an annular shape along the circumferential direction centered on the winding axis B (see arrow E in FIG. 4), and has a cylindrical shape with the winding axis direction as the axial direction. Note that the first soft magnetic body 44 does not need to be cylindrical, and may be, for example, polygonal cylindrical.
  • the inner surface 50 of the first soft magnetic body 44 in the radial direction centered on the winding axis B faces the magnetic body 40 in the radial direction centered on the winding axis B.
  • the inner surface 50 of the first soft magnetic body 44 is parallel to the winding axis direction and has an annular shape along the circumferential direction centered on the winding axis B.
  • the inner surface 50 of the first soft magnetic body 44 is not in contact with the magnetic body 40 .
  • the housing 46 accommodates and supports the magnetic body 40, the coil 42, and the first soft magnetic body 44.
  • the filling member 48 is filled between the magnetic body 40 and the first soft magnetic body 44.
  • the filling member 48 is filled between the magnetic body 40 and the first soft magnetic body 44 in the radial direction centered on the winding axis B.
  • the filling member 48 is filled between the magnetic body 40 and the inner surface 50 of the first soft magnetic body 44 .
  • the filling member 48 is filled so that all the gaps between the magnetic body 40 and the inner surface 50 of the first soft magnetic body 44 are filled with the filling member 48 when viewed from the winding axis direction. has been done.
  • the filling member 48 is not filled between the end of the inner surface 50 of the first soft magnetic body 44 on the coil 42 side and the magnetic body 40, but the filling member 48 is also filled in this space. may have been done.
  • the filling member 48 includes a second soft magnetic material.
  • the filling member 48 includes a powdered second soft magnetic material.
  • the second soft magnetic material is powdered ferrite.
  • the filling member 48 is an adhesive, and the magnetic body 40 is fixed to the first soft magnetic body 44 via the filling member 48.
  • the filling member 48 is an adhesive that changes from a liquid state to a solid state.
  • the magnetic permeability of the second soft magnetic body is greater than the magnetic permeability of the first soft magnetic body 44.
  • the magnetic permeability of the second soft magnetic material and the amount of the second soft magnetic material included in the filling member 48 are determined such that the magnetic permeability of the filling member 48 is greater than the magnetic permeability of the first soft magnetic material 44. Ru.
  • the power generation element 34 has the same configuration as the power generation element 32, a detailed description of the power generation element 34 will be omitted.
  • FIGS. 5A and 5B are diagrams showing the power generation element 100 used for simulations and the like.
  • 5A is a view seen from the rotation axis direction
  • FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line VB-VB in FIG. 5A.
  • the power generation element 100 includes a magnetic body 40, a coil 42, a first soft magnetic body 44, and a filling member 48.
  • the power generation element 100 is mainly different from the power generation element 32 in that the filling member 48 is filled so as to fill all the gaps between the magnetic body 40 and the first soft magnetic body 44 .
  • the diameter of the magnetic body 40 is 0.35 mm
  • the inner diameter of the first soft magnetic body 44 is 0.7 mm.
  • one end of the magnetic body 40 faces the north pole of the magnet 106 and the other end of the magnetic body 40 faces the south pole of the magnet 108,
  • the magnetic body 40 faces the S pole of the magnet 108 and the other end of the magnetic body 40 comes close to the N pole of the magnet 106 to some extent, power is generated.
  • the power generating element 100 is configured such that one end of the magnetic body 40 faces the S pole of the magnet 108 and the other end of the magnetic body 40 faces the N pole of the magnet 106. When one end faces the N pole of the magnet 106 and the other end of the magnetic body 40 comes close to the S pole of the magnet 108 to some extent, power is generated.
  • FIG. 6 is a graph showing the magnetic flux density obtained by simulation using the power generation element 100 shown in FIGS. 5A and 5B.
  • the example shows the simulation results using the power generation element 100
  • the comparative example shows the simulation results using the power generation element 100 without the filling member 48. It shows.
  • the power generation element 100 according to the example has a position approximately 4.5 mm from the center (0 mm) of the magnetic body 40 and a position approximately 4.5 mm from the center (0 mm) of the magnetic body 40, compared to the power generation element according to the comparative example.
  • the magnetic flux density becomes more uniform between the position of 0 mm) and approximately -4.5 mm.
  • the power generating element 100 according to the example has a higher magnetic flux density contributing to power generation by the coil 42 than the power generating element according to the comparative example.
  • FIG. 7A is a graph showing the power generation amount obtained by measurement using the power generation element according to the comparative example.
  • FIG. 7B is a graph showing the power generation amount obtained by measurement using the power generation element 100 according to the example shown in FIGS. 5A and 5B.
  • the horizontal axis indicates the distance between the magnetic body and the magnet shown in FIG. 5B (unit: mm), and the vertical axis indicates the amount of power generation (unit: nJ).
  • the average value (dotted chain line) in the graphs of FIGS. 7A and 7B is the average value of the amount of power generated in 2500 power generation pulses.
  • the minimum value (solid line) in the graphs of FIGS. 7A and 7B is the minimum value of the amount of power generation for 2500 power generation pulses.
  • the power generation element according to the comparative example when the distance between the magnetic body 40 and the magnet 106 (or magnet 108) (the distance between the magnetic body and the magnet, see FIG. 5B) changes, the power generation element according to the comparative example can generate electricity 2500 times.
  • the average and minimum values of pulse power generation vary greatly.
  • the power generation element 100 according to the example has a higher average value and minimum value of the power generation amount of the power generation pulse than the power generation element according to the comparative example. is difficult to change, and a magnetic field can be applied to the magnetic body 40 more appropriately than the power generating element according to the comparative example.
  • FIG. 8A is a graph showing the standard deviation of the power generation amount obtained by measurement using the power generation element according to the comparative example.
  • FIG. 8B is a graph showing the power generation standard deviation obtained by measurement using the power generation element 100 according to the example shown in FIGS. 5A and 5B.
  • the horizontal axis indicates the magnetic body-magnet distance shown in FIG. 5B (unit: mm), and the vertical axis indicates the standard deviation of the power generation amount (unit: nJ).
  • the average value (dotted chain line) in the graphs of FIGS. 8A and 8B is the average value of the standard deviation of the amount of power generation of 2500 power generation pulses.
  • the maximum value (solid line) in the graphs of FIGS. 8A and 8B is the maximum value of the standard deviation of the amount of power generation for 2500 power generation pulses.
  • the power generation element 100 according to the example has a lower average standard deviation of the power generation amount of the power generation pulse than the power generation element according to the comparative example.
  • the maximum value and the standard deviation are difficult to change, and a magnetic field can be applied to the magnetic body 40 more appropriately than the power generation element according to the comparative example.
  • the power generation element 32 includes a magnetic body 40 that produces a large Barkhausen effect, a coil 42 wound around the magnetic body 40, and a coil 42 that extends in the direction of the winding axis B of the coil 42. a first soft magnetic body 44 located outside the magnetic body 40 in the radial direction centering on the winding axis B, and a second soft magnetic body; A filling member 48 is provided between the soft magnetic material 44 and the filling member 48 .
  • the filling member 48 containing the second soft magnetic material is filled between the magnetic material 40 and the first soft magnetic material 44, there is no air gap between the magnetic material 40 and the first soft magnetic material 44. It is possible to suppress the occurrence of this phenomenon, and it is easy to appropriately apply a magnetic field to the magnetic body 40. Furthermore, since it is not necessary to bring the first soft magnetic body 44 into close contact with the magnetic body 40 so that no gap is created between the magnetic body 40 and the first soft magnetic body 44, it is easy to manufacture the power generation element 32. In this way, it is easy to appropriately apply a magnetic field to the magnetic body 40 and it is easy to manufacture the power generation element 32.
  • the filling member 48 is an adhesive, and the magnetic body 40 is fixed to the first soft magnetic body 44 via the filling member 48.
  • the magnetic body 40 can be fixed to the first soft magnetic body 44 via the filling member 48, it is further easier to manufacture the power generation element 32.
  • the magnetic permeability of the second soft magnetic body is larger than the magnetic permeability of the first soft magnetic body 44.
  • the magnetic sensor 28 includes the above-described power generation element 32 and a detection element 36 that is driven based on the electric power generated by the power generation element 32 and detects magnetism.
  • the encoder 20 includes a rotating magnet 26 and the above-described power generation element 32 that generates power by a change in the magnetic field caused by the rotation of the magnet 26.
  • FIG. 9 is a sectional view showing a power generation element 200 of an encoder according to the second embodiment.
  • the encoder according to the second embodiment mainly differs from the encoder 20 in that it includes a power generation element 200 instead of the power generation element 32 and includes a power generation element 200 instead of the power generation element 34.
  • the power generation element 200 differs from the power generation element 32 mainly in that it has a first soft magnetic body 202 that is different from the first soft magnetic body 44.
  • the first soft magnetic body 202 has two magnetic body pieces 204 and 206.
  • the first soft magnetic body 202 presses the magnetic body 40 in the radial direction centered on the winding axis B.
  • the magnetic material piece 204 presses the magnetic material 40 from one side in the radial direction centering on the winding axis B
  • the magnetic material piece 206 presses the magnetic material 40 from the other side in the radial direction. Pressing 40. For example, when a screw or the like is tightened, force is applied to the magnetic piece 204 and the magnetic piece 206 in a direction in which they approach each other, thereby pressing the magnetic body 40.
  • the first soft magnetic body 202 is in contact with the magnetic body 40.
  • the inner surface 208 of the magnetic material piece 204 in the radial direction centering on the winding axis B faces the magnetic material 40 in the radial direction, and extends outward in the radial direction when viewed from the winding axis direction. It's concave.
  • the inner surface 208 of the magnetic piece 204 is recessed in a substantially L-shape. Note that, for example, the inner surface 208 of the magnetic piece 204 may be recessed in an elliptical arc shape or the like. A portion of the inner surface 208 of the magnetic piece 204 is in contact with the magnetic body 40 .
  • the inner surface 210 of the magnetic material piece 206 in the radial direction centering on the winding axis B faces the magnetic material 40 in the radial direction
  • the inner surface 210 of the magnetic material piece 206 faces the magnetic material 40 in the radial direction
  • the outer surface 210 of the magnetic material piece 206 in the radial direction is opposite to the magnetic material 40 in the radial direction. It is concave towards.
  • the inner surface 210 of the magnetic piece 206 is recessed in a substantially L-shape. Note that, for example, the inner surface 210 of the magnetic piece 206 may be recessed in an elliptical arc shape or the like. A portion of the inner surface 210 of the magnetic piece 206 is in contact with the magnetic body 40 .
  • the filling member 48 fills the gap between the inner surface 208 of the magnetic material piece 204 and the magnetic material 40 and between the inner surface 210 of the magnetic material piece 206 and the magnetic material 40 when viewed from the winding axis direction. Filled.
  • the first soft magnetic body 202 presses the magnetic body 40 in the radial direction centered on the winding axis B.
  • the first soft magnetic body 202 is in contact with the magnetic body 40.
  • the filling member 48 is an adhesive and the magnetic body 40 is fixed to the first soft magnetic body 44 via the filling member 48, but the present invention is not limited to this.
  • the filling member 48 may not be made of adhesive, and the magnetic body 40 may be fixed to the housing using another adhesive or the like. The same applies to the first soft magnetic body 202.
  • the magnetic permeability of the second soft magnetic body is larger than the magnetic permeability of the first soft magnetic body 44, but the present invention is not limited to this.
  • the magnetic permeability of the second soft magnetic body may be less than or equal to the magnetic permeability of the first soft magnetic body 44.
  • the power generation element, magnetic sensor, and encoder according to the present disclosure can be used as a power generation element or the like that utilizes the large Barkhausen effect.

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Abstract

磁性体に適切に磁界を印加し易くかつ製造し易い発電素子等を提供する。発電素子（３２）は、大バルクハウゼン効果を生じる磁性体（４０）と、磁性体（４０）に巻回されるコイル（４２）と、コイル（４２）の巻回軸線（Ｂ）が延びる巻回軸線方向においてコイル（４２）よりも外方に位置し、巻回軸線（Ｂ）を中心とする径方向において磁性体（４０）の外方に位置する第１軟磁性体（４４）と、第２軟磁性体を含み、磁性体（４０）と第１軟磁性体（４４）との間に充填される充填部材（４８）とを備える。

Description

発電素子、磁気センサ、およびエンコーダ
　本開示は、発電素子、磁気センサおよびエンコーダに関し、特に大バルクハウゼン効果を利用した発電素子、磁気センサおよびエンコーダに関する。
　従来、大バルクハウゼン効果を利用した発電素子等が知られている。たとえば、特許文献１には、大バルクハウゼン効果を生じる磁性体と、磁性体に巻回して配置された発電用コイルと、磁性体を押圧するように形成された軟磁性体とを備える発電素子が開示されている。
国際公開第２０２１／２００３６１号
　しかしながら、特許文献１の発電素子では、磁性体と軟磁性体との間の空隙によって、磁性体に適切に磁界を印加し難いという問題がある。また、磁性体と軟磁性体との間の空隙をなくすために軟磁性体を磁性体に密着させようとすると、高精度な部品が必要になったり、別途工程が必要になり、発電素子を製造し難いという問題がある。
　本開示は、このような問題を解決するためになされたものであり、磁性体に適切に磁界を印加し易くかつ製造し易い発電素子、磁気センサおよびエンコーダを提供することを目的とする。
　本開示の一態様に係る発電素子は、大バルクハウゼン効果を生じる磁性体と、前記磁性体に巻回されるコイルと、前記コイルの巻回軸線が延びる巻回軸線方向において前記コイルよりも外方に位置し、前記巻回軸線を中心とする径方向において前記磁性体の外方に位置する第１軟磁性体と、第２軟磁性体を含み、前記磁性体と前記第１軟磁性体との間に充填される充填部材とを備える。
　本開示の他の一態様に係る磁気センサは、上記の発電素子と、前記発電素子によって発電された電力に基づいて駆動され、磁気を検出する検出素子とを備える。
　本開示の他の一態様に係るエンコーダは、回転する磁石と、前記磁石が回転することによる磁界の変化によって発電する上記の発電素子とを備える。
　本開示によれば、磁性体に適切に磁界を印加し易くかつ製造し易い発電素子、磁気センサおよびエンコーダを提供できる。
図１Ａは、第１の実施の形態に係るエンコーダを備えるモータを示す図である。 図１Ｂは、第１の実施の形態に係るモータと負荷との接続を示す図である。 図２Ａは、第１の実施の形態のエンコーダが備える基板を示す図である。 図２Ｂは、第１の実施の形態のエンコーダが備える回転板を示す図である。 図３は、図２ＡのＩＩＩ－ＩＩＩ線における発電素子の断面図である。 図４は、図２ＡのＩＶ－ＩＶ線における発電素子の断面図である。 図５Ａは、シミュレーション等に用いた発電素子を回転軸線方向からみた平面図である。 図５Ｂは、図５Ａに示す発電素子のＶＢ－ＶＢ断面を示す図である。 図６は、図５Ａおよび図５Ｂに示す発電素子を用いたシミュレーションによって得られた磁束密度を示すグラフである。 図７Ａは、比較例の発電素子を用いた測定によって得られた発電量を示すグラフである。 図７Ｂは、図５Ａの発電素子を用いた測定によって得られた発電量を示すグラフである。 図８Ａは、比較例の発電素子を用いた測定によって得られた発電量標準偏差を示すグラフである。 図８Ｂは、図５Ａの発電素子を用いた測定によって得られた発電量標準偏差を示すグラフである。 図９は、第２の実施の形態に係るエンコーダの発電素子を示す断面図である。
　以下、本開示の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ならびに、工程および工程の順序等は、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
　また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化する。
　（第１の実施の形態）
　図１Ａは、第１の実施の形態に係るエンコーダ２０を備えるモータ１を示す図である。図１Ａは、モータ１の回転軸１６の回転軸線Ａを中心とする径方向（図２Ａおよび図２Ｂに矢印Ｘで示す方向）から見た図である。なお、図１Ａでは、ケース１８、および磁石２６を断面で示している。また、図１Ａでは、図２Ａに示す発電素子３４、および制御回路３０の図示を省略している。図１Ｂは、モータ１と負荷３００との接続を示す図である。図２Ａは、図１Ａのエンコーダ２０の基板２４を示す図である。また、図２Ｂは、図１Ａのエンコーダ２０の回転板２２を示す図である。図２Ａおよび図２Ｂは、回転軸１６の回転軸線Ａが延びる方向である回転軸線方向（図１Ａに矢印Ｙで示す方向）から見た図である。
　図１Ａに示すように、モータ１は、本体１０と、回転子１２と、固定子１４と、回転軸１６と、ケース１８と、エンコーダ２０とを備えている。
　回転子１２および固定子１４は、本体１０に収容されている。回転子１２は、固定子１４に対して回転する。
　回転軸１６は、回転子１２に固定され、回転子１２とともに回転軸線Ａ回りに回転する。つまり、回転軸線Ａは、回転軸１６および回転子１２の回転中心である。回転軸１６は、回転軸線Ａの方向に延び、円柱状等の棒状である。回転軸１６の軸心と回転軸線Ａとは、相互に一致している。たとえば、回転軸１６は、モータ１に電力が供給されると、当該電力に基づいて、回転子１２とともに回転軸線Ａを回転中心として回転する。回転軸１６の回転方向（図２Ａおよび図２Ｂに矢印Ｚで示す方向）は、回転軸線Ａを中心とする周方向と一致する。回転軸線方向における回転軸１６の一端部には、エンコーダ２０が設けられている。たとえば、図１Ｂに示すように、回転軸線方向における回転軸１６の他端部には、回転軸１６の回転によって回転駆動される負荷３００が取り付けられている。たとえば、回転軸１６は、鉄等の磁性体金属によって形成されている。なお、たとえば、回転軸１６は、非磁性の金属によって形成されていてもよい。なお、負荷３００は、モータ１が駆動する装置であれば何でもよく、例えば自動車や列車等の移動体に使用される車輪であってもよいし、扇風機の羽根であってもよい。
　ケース１８は、回転軸線方向における回転軸１６の一端部、およびエンコーダ２０を覆うように、本体１０に取り付けられている。たとえば、ケース１８は、鉄等の磁性体金属によって形成されている。
　エンコーダ２０は、回転体の回転を検出する。本実施の形態では、回転軸１６が、当該回転体に相当し、エンコーダ２０は、回転軸１６の回転を検出する。たとえば、エンコーダ２０は、回転軸１６の回転位置、回転軸１６の回転方向、および回転軸１６の回転数等を検出する。たとえば、エンコーダ２０は、アブソリュート方式およびインクリメンタル方式の少なくとも一方によって、回転軸１６の回転を検出する。本実施の形態では、エンコーダ２０は、バッテリレスエンコーダである。上述したように、本実施の形態では、エンコーダ２０は、回転軸線方向における回転軸１６の一端部に設けられている。図１Ａ、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、エンコーダ２０は、回転板２２と、基板２４と、磁石２６と、磁気センサ２８と、制御回路３０とを有している。
　回転板２２は、回転軸線方向を厚み方向とする板状であり、回転軸線方向に直交する方向に延びる。回転板２２は、回転軸線方向から見たとき円形であり、円板状である。なお、たとえば、回転板２２は、円板状でなくてもよく、円環状等であってもよい。回転板２２は、回転軸線方向における回転軸１６の一端部に取り付けられている。回転板２２の軸心と回転軸線Ａとは、相互に一致している。回転板２２は、回転軸１６とともに回転する。
　基板２４は、回転軸線方向を厚み方向とする板状であり、回転軸線方向に直交する方向に延びる。基板２４は、回転軸線方向から見たとき円形であり、円板状である。基板２４は、回転軸線方向において、回転軸１６の一端部および回転板２２と間隔を空けて配置され、回転板２２と対向している。基板２４の軸心と回転軸線Ａとは、相互に一致している。基板２４は、回転軸１６とともに回転しないように固定されている。
　磁石２６は、回転する。本実施の形態では、磁石２６は、回転軸１６が回転すると、回転軸１６および回転板２２とともに回転する。磁石２６は、円環状であり、回転軸１６の回転方向に沿って配置されている。磁石２６は、回転軸線方向を厚み方向とする板状である。磁石２６は、回転板２２の基板２４とは反対側の主面に配置されている。磁石２６は、Ｎ極と、回転軸１６の回転方向において当該Ｎ極と並んで配置されているＳ極とを有している。磁石２６の一方側の半分がＮ極に着磁されており、磁石２６の他方側の半分がＳ極に着磁されている。なお、磁石２６は、回転軸１６とともに回転することによって、発電素子３２および発電素子３４を発電させることができるように構成されていればよい。具体的には、たとえば、磁石２６は、後述する図５Ａおよび図５Ｂに示す磁石１０６および磁石１０８のように、回転軸線Ａを中心とする径方向にＮ極およびＳ極が並ぶように着磁されていてもよい。
　磁気センサ２８は、磁気を検出するセンサである。磁気センサ２８は、複数の発電素子３２，３４と、複数の検出素子３６，３８とを有している。なお、たとえば、磁気センサ２８は、複数ではなく１つの発電素子を有していてもよい。また、たとえば、磁気センサ２８は、複数ではなく１つの検出素子を有していてもよい。
　複数の発電素子３２，３４の各々は、磁石２６が回転することによる磁界の変化によって発電する。本実施の形態では、複数の発電素子３２，３４の各々は、磁石２６が回転軸１６とともに回転することによる磁界の変化によって発電する。
　たとえば、発電素子３２の磁性体４０（後述）の一端部が磁石２６のＮ極と対向しかつ発電素子３２の磁性体４０の他端部が磁石２６のＳ極と対向している状態から、磁石２６が回転し、発電素子３２の磁性体４０の一端部が磁石２６のＳ極と対向しかつ発電素子３２の磁性体４０の他端部が磁石２６のＮ極とある程度近づいた状態になった場合、磁性体４０の磁化方向が反転し、発電素子３２は発電する。発電素子３４についても同様である。
　また、たとえば、発電素子３２の磁性体４０の一端部が磁石２６のＳ極と対向しかつ発電素子３２の磁性体４０の他端部が磁石２６のＮ極と対向している状態から、磁石２６が回転し、発電素子３２の磁性体４０の一端部が磁石２６のＮ極と対向しかつ発電素子３２の磁性体４０の他端部が磁石２６のＳ極とある程度近づいた状態になった場合、発電素子３２は発電する。発電素子３４についても同様である。
　複数の発電素子３２，３４の各々は、回転軸１６の回転方向の接線方向に延びる。具体的には、複数の発電素子３２，３４の各々は、磁性体４０が回転軸１６の回転方向の接線方向に延びるように配置されている。なお、複数の発電素子３２，３４の各々は、磁石２６が回転することによる磁界の変化によって発電するように配置されていればよい。
　複数の発電素子３２，３４は、基板２４の回転軸１６とは反対へ向く（回転板２２とは反対へ向く）主面に配置されている。なお、複数の発電素子３２，３４は、基板２４の回転軸１６へ向く（回転板２２へ向く）主面に配置されていてもよい。複数の発電素子３２，３４は、回転軸１６の回転方向に並んで配置されている。
　複数の発電素子３２，３４の詳細については後述する。
　複数の検出素子３６，３８の各々は、発電素子３２によって発電された電力に基づいて駆動し、磁気を検出する。本実施の形態では、複数の検出素子３６，３８の各々は、発電素子３２によって発電された電力に基づいて駆動し、磁石２６による磁気を検出する。
　また、複数の検出素子３６，３８の各々は、発電素子３４によって発電された電力に基づいて駆動し、磁気を検出する。本実施の形態では、複数の検出素子３６，３８の各々は、発電素子３４によって発電された電力に基づいて駆動し、磁石２６による磁気を検出する。
　複数の検出素子３６，３８は、基板２４の回転軸１６へ向く（回転板２２へ向く）主面に配置されている。なお、複数の検出素子３６，３８は、基板２４の回転軸１６とは反対へ向く（回転板２２とは反対へ向く）主面に配置されていてもよい。複数の検出素子３６，３８は、回転軸１６の回転方向に並んで配置されている。
　制御回路３０は、基板２４の回転軸１６へ向く（回転板２２へ向く）主面に配置されており、複数の発電素子３２，３４等と電気的に接続されている。たとえば、制御回路３０は、複数の発電素子３２，３４のうちいずれの発電素子が発電したかによって、回転軸１６の回転位置等を判定する。また、たとえば、制御回路３０は、複数の検出素子３６，３８の検出結果に基づいて、回転軸１６の回転位置等を判定する。また、たとえば、制御回路３０は、複数の発電素子３２，３４のうちいずれの発電素子が発電したか、および複数の検出素子３６，３８の検出結果に基づいて、回転軸１６の回転位置等を判定する。このようにして、エンコーダ２０は、回転軸１６の回転を検出する。
　図３は、図２ＡのＩＩＩ－ＩＩＩ線における発電素子３２の断面図である。図４は、図２ＡのＩＶ－ＩＶ線における発電素子３２の断面図である。
　図３および図４に示すように、発電素子３２は、磁性体４０と、コイル４２と、第１軟磁性体４４と、筐体４６と、充填部材４８とを有している。
　磁性体４０は、大バルクハウゼン効果を生じる磁性体である。磁性体は、磁性材料によって形成されている。たとえば、磁性体４０は、ウィーガントワイヤ等の複合磁気ワイヤである。ウィーガントワイヤは、所定値以上の磁界がウィーガントワイヤの長手方向（延在方向）に沿って印加されると、磁化方向が長手方向の一方に向かうように揃う磁性体である。
　磁性体４０にはコイル４２が巻回されており、磁性体４０は、コイル４２の巻回軸線Ｂが延びる方向である巻回軸線方向（図３に矢印Ｃで示す方向）に延在している。本実施の形態では、磁性体４０の軸心は、巻回軸線Ｂと一致している。
　磁性体４０は、巻回軸線方向において、コイル４２よりも外方に突出している。具体的には、磁性体４０は、巻回軸線方向において、コイル４２から一方に向けて突出し、さらにコイル４２から他方に向けて突出している。
　コイル４２は、磁性体４０に巻回されている。コイル４２は、磁性体４０によって大バルクハウゼン効果が生じた場合にコイル４２が発電するように、磁性体４０に巻回されている。本実施の形態では、コイル４２は、コイル４２の巻回軸線Ｂが磁性体４０の延在方向と一致するように、磁性体４０に巻回されている。磁性体４０の延在方向（長手方向）に沿って流れる磁束の向きが変化すると、磁性体４０の磁化方向が跳躍的に反転し、コイル４２に発電パルスが生じる。このようにして、発電素子３２は、発電する。
　第１軟磁性体４４は、コイル４２の巻回軸線Ｂが延びる巻回軸線方向においてコイル４２よりも外方に位置し、巻回軸線Ｂを中心とする径方向（図４の矢印Ｄを参照）において磁性体４０の外方に位置している。第１軟磁性体４４は、軟磁性材料によって形成されている。たとえば、第１軟磁性体４４は、フェライトビーズである。
　本実施の形態では、第１軟磁性体４４は、巻回軸線方向においてコイル４２よりも一方の向きに位置し、当該一方の向きにおいて、巻回軸線Ｂを中心とする径方向において磁性体４０の外方に位置している。また、本実施の形態では、第１軟磁性体４４は、巻回軸線方向においてコイル４２よりも他方の向きに位置し、当該他方の向きにおいて、巻回軸線Ｂを中心とする径方向において磁性体４０の外方に位置している。つまり、本実施の形態では、発電素子３２は、２つの第１軟磁性体４４を有している。２つの第１軟磁性体４４は、コイル４２を挟んで対称に設けられている。
　第１軟磁性体４４は、巻回軸線Ｂを中心とする周方向（図４の矢印Ｅを参照）に沿って環状であり、巻回軸線方向を軸方向とする円筒状である。なお、第１軟磁性体４４は、円筒状でなくてもよく、たとえば、多角筒状等であってもよい。
　巻回軸線Ｂを中心とする径方向における第１軟磁性体４４の内面５０は、巻回軸線Ｂを中心とする径方向において磁性体４０と対向している。本実施の形態では、第１軟磁性体４４の内面５０は、巻回軸線方向と平行であり、巻回軸線Ｂを中心とする周方向に沿う環状である。第１軟磁性体４４の内面５０は、磁性体４０と接触していない。
　筐体４６は、磁性体４０、コイル４２、および第１軟磁性体４４を収容しており、これらを支持している。
　充填部材４８は、磁性体４０と第１軟磁性体４４との間に充填されている。充填部材４８は、巻回軸線Ｂを中心とする径方向において、磁性体４０と第１軟磁性体４４との間に充填されている。本実施の形態では、充填部材４８は、磁性体４０と第１軟磁性体４４の内面５０との間に充填されている。本実施の形態では、充填部材４８は、巻回軸線方向から見たときに磁性体４０と第１軟磁性体４４の内面５０との間の隙間の全てが充填部材４８で埋まるように、充填されている。
　本実施の形態では、第１軟磁性体４４の内面５０のコイル４２側の端部と磁性体４０との間には充填部材４８は充填されていないが、当該間にも充填部材４８が充填されていてもよい。
　充填部材４８は、第２軟磁性体を含んでいる。たとえば、充填部材４８は、粉末状の第２軟磁性体を含んでいる。たとえば、第２軟磁性体は、粉末状のフェライト等である。
　充填部材４８は、接着剤であり、磁性体４０は、充填部材４８を介して第１軟磁性体４４に固定されている。たとえば、充填部材４８は、液体状から固体状に変化する接着剤である。
　第２軟磁性体の透磁率は、第１軟磁性体４４の透磁率よりも大きい。たとえば、充填部材４８の透磁率が第１軟磁性体４４の透磁率よりも大きくなるように、第２軟磁性体の透磁率および充填部材４８に含められる第２軟磁性体の量が決定される。
　発電素子３４は発電素子３２と同様の構成を有するため、発電素子３４の詳細な説明は省略する。
　図５Ａおよび図５Ｂは、シミュレーション等に用いた発電素子１００を示す図である。図５Ａは、回転軸線方向から見た図であり、図５Ｂは、図５ＡにおけるＶＢ－ＶＢ線における断面図である。
　図５Ａおよび図５Ｂに示すように、発電素子１００は、磁性体４０と、コイル４２と、第１軟磁性体４４と、充填部材４８とを有している。発電素子１００は、充填部材４８が磁性体４０と第１軟磁性体４４との間の隙間の全てを埋めるように充填されている点において、発電素子３２と主に異なっている。
　ここでは、磁性体４０の直径は０．３５ｍｍであり、第１軟磁性体４４の内径は０．７ｍｍである。
　たとえば、発電素子１００は、磁性体４０の一端部が磁石１０６のＮ極と対向しかつ磁性体４０の他端部が磁石１０８のＳ極と対向している状態から、磁性体４０の一端部が磁石１０８のＳ極と対向しかつ磁性体４０の他端部が磁石１０６のＮ極とある程度近づいた状態になった場合に、発電する。
　また、たとえば、発電素子１００は、磁性体４０の一端部が磁石１０８のＳ極と対向しかつ磁性体４０の他端部が磁石１０６のＮ極と対向している状態から、磁性体４０の一端部が磁石１０６のＮ極と対向しかつ磁性体４０の他端部が磁石１０８のＳ極とある程度近づいた状態になった場合に、発電する。
　図６は、図５Ａおよび図５Ｂに示す発電素子１００を用いたシミュレーションによって得られた磁束密度を示すグラフである。図６のグラフにおいて、実施例（実線）は、発電素子１００を用いたシミュレーション結果を示し、比較例（一点鎖線）は、発電素子１００から充填部材４８を除いた発電素子を用いたシミュレーション結果を示している。
　図６に示すように、実施例に係る発電素子１００は、比較例に係る発電素子と比較して、磁性体４０における中心（０ｍｍ）から約４．５ｍｍの位置と、磁性体４０における中心（０ｍｍ）から約－４．５ｍｍの位置との間において、磁束密度がより均一に近くなっている。このように、実施例に係る発電素子１００は、比較例に係る発電素子と比較して、コイル４２による発電に寄与する磁束密度が高いことがわかった。
　図７Ａは、比較例に係る発電素子を用いた測定によって得られた発電量を示すグラフである。図７Ｂは、図５Ａおよび図５Ｂに示す実施例に係る発電素子１００を用いた測定によって得られた発電量を示すグラフである。図７Ａおよび図７Ｂの各々において、横軸は図５Ｂに示す磁性体―磁石間距離（単位：ｍｍ）を示し、縦軸は発電量（単位：ｎＪ）を示す。また、図７Ａおよび図７Ｂのグラフにおける平均値（一点鎖線）は、２５００回の発電パルスの発電量の平均値である。また、図７Ａおよび図７Ｂのグラフにおける最小値（実線）は、２５００回の発電パルスの発電量の最小値である。
　図７Ａに示すように、比較例に係る発電素子では、磁性体４０と磁石１０６（または磁石１０８）との距離（磁性体－磁石間距離、図５Ｂを参照）が変わると、２５００回の発電パルスの発電量の平均値および最小値が大きく変化している。
　図７Ｂに示すように、実施例に係る発電素子１００では、磁性体４０と磁石１０６（または磁石１０８）との距離が変わると、２５００回の発電パルスの発電量の平均値および最小値が変化しているが、これらの変化量が比較例に係る発電素子よりも小さいことがわかった。
　このように、実施例に係る発電素子１００は、磁性体４０と磁石１０６（磁石１０８）との距離が変わっても、比較例に係る発電素子よりも発電パルスの発電量の平均値および最小値が変化し難く、比較例に係る発電素子よりも磁性体４０に適切に磁界を印加できる。
　図８Ａは、比較例に係る発電素子を用いた測定によって得られた発電量標準偏差を示すグラフである。図８Ｂは、図５Ａおよび図５Ｂに示す実施例に係る発電素子１００を用いた測定によって得られた発電量標準偏差を示すグラフである。図８Ａおよび図８Ｂの各々において、横軸は図５Ｂに示す磁性体―磁石間距離（単位：ｍｍ）を示し、縦軸は発電量標準偏差（単位：ｎＪ）を示す。また、図８Ａおよび図８Ｂのグラフにおける平均値（一点鎖線）は、２５００回の発電パルスの発電量の標準偏差の平均値である。また、図８Ａおよび図８Ｂのグラフにおける最大値（実線）は、２５００回の発電パルスの発電量の標準偏差の最大値である。
　図８Ａに示すように、比較例に係る発電素子では、磁性体４０と磁石１０６（または磁石１０８）との距離が変わると、２５００回の発電パルスの発電量の標準偏差の平均値および標準偏差の最大値が大きく変化している。
　図８Ｂに示すように、実施例に係る発電素子１００では、磁性体４０と磁石１０６（または磁石１０８）との距離が変わると、２５００回の発電パルスの発電量の標準偏差の平均値および標準偏差の最大値が変化しているが、これらの変化量が比較例に係る発電素子よりも小さいことがわかった。
　このように、実施例に係る発電素子１００は、磁性体４０と磁石１０６（または磁石１０８）との距離が変わっても、比較例に係る発電素子よりも発電パルスの発電量の標準偏差の平均値および標準偏差の最大値が変化し難く、比較例に係る発電素子よりも磁性体４０に適切に磁界を印加できる。
　本実施の形態に係る発電素子３２は、大バルクハウゼン効果を生じる磁性体４０と、磁性体４０に巻回されるコイル４２と、コイル４２の巻回軸線Ｂが延びる巻回軸線方向においてコイル４２よりも外方に位置し、巻回軸線Ｂを中心とする径方向において磁性体４０の外方に位置する第１軟磁性体４４と、第２軟磁性体を含み、磁性体４０と第１軟磁性体４４との間に充填される充填部材４８とを備える。
　これによれば、第２軟磁性体を含む充填部材４８が磁性体４０と第１軟磁性体４４との間に充填されるので、磁性体４０と第１軟磁性体４４との間に空隙が生じることを抑制でき、磁性体４０に適切に磁界を印加し易い。また、磁性体４０と第１軟磁性体４４との間に空隙が生じないように第１軟磁性体４４を磁性体４０に密着させる必要がないので、発電素子３２を製造し易い。このように、磁性体４０に適切に磁界を印加し易くかつ発電素子３２を製造し易い。
　また、本実施の形態に係る発電素子３２において、充填部材４８は、接着剤であり、磁性体４０は、充填部材４８を介して第１軟磁性体４４に固定される。
　これによれば、充填部材４８を介して磁性体４０を第１軟磁性体４４に固定できるので、さらに、発電素子３２を製造し易い。
　また、本実施の形態に係る発電素子３２において、第２軟磁性体の透磁率は、第１軟磁性体４４の透磁率よりも大きい。
　これによれば、充填部材４８の透磁率が第１軟磁性体４４の透磁率よりも小さくなることを抑制できるので、さらに、磁性体４０に適切に磁界を印加し易い。
　また、本実施の形態に係る磁気センサ２８は、上記の発電素子３２と、発電素子３２によって発電された電力に基づいて駆動され、磁気を検出する検出素子３６とを備える。
　これによれば、上記の発電素子３２と同様の作用効果を奏する。
　また、本実施の形態に係るエンコーダ２０は、回転する磁石２６と、磁石２６が回転することによる磁界の変化によって発電する上記の発電素子３２とを備える。
　これによれば、上記の発電素子３２と同様の作用効果を奏する。
　（第２の実施の形態）
　図９は、第２の実施の形態に係るエンコーダの発電素子２００を示す断面図である。
　第２の実施の形態に係るエンコーダは、発電素子３２に代えて発電素子２００を備え、発電素子３４に代えて発電素子２００を備えている点において、エンコーダ２０と主に異なっている。
　図９に示すように、発電素子２００は、第１軟磁性体４４とは異なる第１軟磁性体２０２を有している点において、発電素子３２と主に異なっている。第１軟磁性体２０２は、２つの磁性体片２０４，２０６を有している。
　第１軟磁性体２０２は、巻回軸線Ｂを中心とする径方向において磁性体４０を押圧する。本実施の形態では、磁性体片２０４は、巻回軸線Ｂを中心とする径方向における一方側から磁性体４０を押圧しており、磁性体片２０６は、当該径方向における他方側から磁性体４０を押圧している。たとえば、磁性体片２０４および磁性体片２０６は、ネジ等が締め付けられることによって相互に近づく方向に力が加えられ、これによって磁性体４０を押圧する。
　第１軟磁性体２０２は、磁性体４０と接触している。巻回軸線Ｂを中心とする径方向における磁性体片２０４の内面２０８は、当該径方向において磁性体４０と対向しており、巻回軸線方向から見たときに当該径方向の外方に向かって凹んでいる。本実施の形態では、磁性体片２０４の内面２０８は、略Ｌ字状に凹んでいる。なお、たとえば、磁性体片２０４の内面２０８は、楕円弧状等に凹んでいてもよい。磁性体片２０４の内面２０８の一部は磁性体４０と接触している。また、巻回軸線Ｂを中心とする径方向における磁性体片２０６の内面２１０は、当該径方向において磁性体４０と対向しており、巻回軸線方向から見たときに当該径方向の外方に向かって凹んでいる。本実施の形態では、磁性体片２０６の内面２１０は、略Ｌ字状に凹んでいる。なお、たとえば、磁性体片２０６の内面２１０は、楕円弧状等に凹んでいてもよい。磁性体片２０６の内面２１０の一部は磁性体４０と接触している。
　充填部材４８は、巻回軸線方向から見たときに磁性体片２０４の内面２０８と磁性体４０との間および磁性体片２０６の内面２１０と磁性体４０との間の隙間を埋めるように、充填されている。
　本実施の形態に係る発電素子２００において、第１軟磁性体２０２は、巻回軸線Ｂを中心とする径方向において磁性体４０を押圧する。
　これによれば、磁性体４０と第１軟磁性体４４との間に空隙が生じることを抑制できるので、さらに、磁性体４０に適切に磁界を印加し易い。
　また、本実施の形態に係る発電素子２００において、第１軟磁性体２０２は、磁性体４０と接触する。
　これによれば、磁性体４０と第１軟磁性体４４との間に空隙が生じることを抑制できるので、さらに、磁性体４０に適切に磁界を印加し易い。
　（他の実施の形態等）
　以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態について説明した。しかしながら、本開示による技術は、これらに限定されず、本開示の趣旨を逸脱しない限り、適宜、変更、置き換え、付加、省略等を行った実施の形態または変形例にも適用可能である。
　上述した実施の形態では、充填部材４８が、接着剤であり、磁性体４０が、充填部材４８を介して第１軟磁性体４４に固定される場合について説明したが、これに限定されない。たとえば、充填部材４８は、接着剤でなくてもよく、磁性体４０は、他の接着剤等によって筐体に固定されていてもよい。第１軟磁性体２０２についても同様である。
　上述した実施の形態では、第２軟磁性体の透磁率が、第１軟磁性体４４の透磁率よりも大きい場合について説明したが、これに限定されない。たとえば、第２軟磁性体の透磁率は、第１軟磁性体４４の透磁率以下であってもよい。第１軟磁性体２０２についても同様である。
　本開示に係る発電素子、磁気センサ、およびエンコーダは、大バルクハウゼン効果を利用した発電素子等に利用可能である。
　１　　　モータ
　１０　　　本体
　１２　　　回転子
　１４　　　固定子
　１６　　　回転軸
　１８　　　ケース
　２０　　　エンコーダ
　２２　　　回転板
　２４　　　基板
　２６，１０６，１０８　　　磁石
　２８　　　磁気センサ
　３０　　　制御回路
　３２，３４，１００，２００　　　発電素子
　３６，３８　　　検出素子
　４０　　　磁性体
　４２　　　コイル
　４４，２０２　　　第１軟磁性体
　４６　　　筐体
　４８　　　充填部材
　５０，２０８，２１０　　　内面
　２０４，２０６磁性体片

Claims (7)

  1. 　大バルクハウゼン効果を生じる磁性体と、
    　前記磁性体に巻回されるコイルと、
    　前記コイルの巻回軸線が延びる巻回軸線方向において前記コイルよりも外方に位置し、前記巻回軸線を中心とする径方向において前記磁性体の外方に位置する第１軟磁性体と、
    　第２軟磁性体を含み、前記磁性体と前記第１軟磁性体との間に充填される充填部材とを備える、
    　発電素子。
  2. 　前記充填部材は、接着剤であり、
    　前記磁性体は、前記充填部材を介して前記第１軟磁性体に固定される、
    　請求項１に記載の発電素子。
  3. 　前記第２軟磁性体の透磁率は、前記第１軟磁性体の透磁率よりも大きい、
    　請求項１に記載の発電素子。
  4. 　前記第１軟磁性体は、前記径方向において前記磁性体を押圧する、
    　請求項１に記載の発電素子。
  5. 　前記第１軟磁性体は、前記磁性体と接触する、
    　請求項１に記載の発電素子。
  6. 　請求項１から５のいずれか１項に記載の発電素子と、
    　前記発電素子によって発電された電力に基づいて駆動され、磁気を検出する検出素子とを備える、
    　磁気センサ。
  7. 　回転する磁石と、
    　前記磁石が回転することによる磁界の変化によって発電する請求項１から５のいずれか１項に記載の発電素子とを備える、
    　エンコーダ。
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