WO2019142612A1

WO2019142612A1 - 発電装置

Info

Publication number: WO2019142612A1
Application number: PCT/JP2018/047433
Authority: WO
Inventors: 淳也田中; 学五閑; 佳子高橋
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-01-19
Filing date: 2018-12-25
Publication date: 2019-07-25
Anticipated expiration: 2020-07-19

Abstract

正の磁歪定数を有する第一の磁歪材料と、負の磁歪定数を有する第二の磁歪材料との積層体と、上記積層体に巻かれたコイルと、上記積層体と振動源を繋げる接続ヨークと、上記接続ヨークが接続された上記積層体の他方に接続された振動板と、上記振動板に配置された錘と、バイアス磁束を上記第一の磁歪材料と上記第二の磁歪材料に印加する磁石と、上記積層体と上記磁石との間で閉磁路を形成するための磁気回路用ヨークと、を備えた発電装置を用いる。

Description

発電装置

　本発明は、振動を利用する発電において、磁歪素子に印加された機械エネルギーを電気エネルギーに変換する逆磁歪効果を使用する発電装置に関するものである。

　近年、環境中（空気中）に捨てられている振動、熱、光、電磁波などのエネルギーを、電気エネルギーに変換して、有効利用するエネルギーハーベストが注目されている。その中でも振動発電は、振動に加え、衝撃、動きから電気エネルギーを取り出すことができるため、極めて汎用性の高い発電方式である。

　振動発電には、圧電方式、静電誘導方式、電磁誘導方式、磁歪方式があるが、たとえば圧電素子（ピエゾ素子）を使用した圧電方式は、素子の脆弱性により機械的な耐久性が低く、電磁誘導方式では可動部がある。このため、圧電方式は、小型化に課題がある。その中で、金属系の素材を用いる磁歪材料を使用した磁歪方式は、磁歪素子が延性材料のため機械的特性、加工性に優れ、電気的にもインピーダンスが低い。このため、磁歪方式は、耐久性にも優れ、発電デバイスとつながる各種回路への適応性が高い。

　この磁歪式振動発電は、磁歪素子に応力を加えることで、逆磁歪効果により発生する磁力線を変化させる。磁力線の変化の結果により、電磁誘導の法則で、磁歪素子の周囲に巻かれたコイルに起電力が発生する。このことで、磁歪式振動発電素子は、機械エネルギーを電気エネルギーに変化する発電方式である。

　ここで図５Ａおよび図５Ｂに、磁歪方式を適用した特許文献１による発電装置の概略断面図および概略上面図をそれぞれ示す。特許文献１では、磁歪材料からなる第一の発電素子１０４に対し、非磁歪材料からなる第二の発電素子１０５によって並列的に構成している。

　このような構成であると、第一の発電素子１０４に対して主動的に惹起される磁束変化に加えて、第二の発電素子１０５に対して受動的に惹起される磁束変化も利用できる。

　つまり、第二の発電素子１０５は、鉄などの磁気を通すが、磁歪材料ではない磁性材料である。第一の発電素子１０４の逆磁歪効果が発現した際に磁束が変化するが、その変化は第二の発電素子１０５に通過している磁束にも影響する。結果、第一の発電素子１０４が第二の発電素子１０５に並列に接続されていることで、見かけ上磁歪材料でない第二の発電素子１０５も逆磁歪効果を発現しているような効果が得られ、第二のコイル１１０でも、多少発電することができる。

　このため、第一の発電素子１０４に及ぼされる振動エネルギーを、第一のコイル１０６と第二のコイル１１０により電気エネルギーへ効率的に変換することが出来て、これを特徴とした発電効率の向上が図られ得る発電装置が提案されている。

　図５Ａおよび図５Ｂに示すように、振動発電装置１００は、振動部材１０１に対して、固定的に取り付けられる取付側部材１０２を、備えている。また、取付側部材１０２から離隔配置された末側部材１０３が設けられている。そして、これら取付側部材１０２と末側部材１０３とが、第一の発電素子１０４および第二の発電素子１０５によって連結されている。

　第一の発電素子１０４と第二の発電素子１０５は、何れも、板状やロッド状などの長手状とされている。そして、第一の発電素子１０４および第二の発電素子１０５は、互いに所定距離を隔てて並列的に配置されており、それぞれ、長さ方向の各端部が、取付側部材１０２と末側部材１０３とに固着される。

　而して、長さ方向の両側に配された取付側部材１０２と末側部材１０３とが、第一の発電素子１０４及び第二の発電素子１０５とで連結される。このことにより、全体として長手状形態をもった単一の梁状部材として振動発電装置１００が構成されている。ここにおいて、第一の発電素子１０４は、磁歪素子である材質によって構成されている。

　また、第一の発電素子１０４には、第一のコイル１０６が外挿状態で巻回されており、第一の発電素子１０４において逆磁歪効果で惹起される振動変形に伴う磁気エネルギーとしての磁束変化が、第一のコイル１０６により電気エネルギーとしての起電力に変換されるようになっている。

　一方、第二の発電素子１０５は、それ自体が振動変形に伴って能動的に磁束変化を惹起させる必要がなく、磁歪素子でない磁性材料からなる材質によって構成されている。

　そして、磁歪素子でない第二の発電素子１０５には、ヨーク部材１０７が組み付けられており、第一の発電素子１０４と並列的な磁気回路が構成されている。また、かかる磁気回路に対してバイアス磁束を及ぼす磁石手段としての永久磁石１０８が設けられている。

　具体的には、ヨーク部材１０７は、第一の発電素子１０４及び第二の発電素子１０５の側方を並列的に延びて配されている。このヨーク部材１０７は、取付側部材１０２と末側部材１０３との間に跨がって延びる長手形状とされており、第一の発電素子１０４及び第二の発電素子１０５に対して側方に離隔して配置されている。

　そして、ヨーク部材１０７の長さ方向の一方の端部が、永久磁石１０８を介して、第一の発電素子１０４及び第二の発電素子１０５における取付側部材１０２側の端部に対して磁気的に接続されている。

　また、ヨーク部材１０７の長さ方向の他方の端部は、接続ヨーク１０９を介して、第一の発電素子１０４及び第二の発電素子１０５における末側部材１０３側の端部に対して磁気的に接続されている。

　これにより、図５Ｃにモデル的に示すように、第一の発電素子１０４及び第二の発電素子１０５とヨーク部材１０７、接続ヨーク１０９および永久磁石１０８により、閉磁路状の磁気回路が構成されている。この磁気回路には永久磁石１０８の発生磁力に基づいて磁気バイアスが及ぼされていると共に、かかる磁気回路上では第一の発電素子１０４と第二の発電素子１０５が互いに並列的な磁路を構成している。

　このような磁気回路では、振動部材１０１から振動発電装置１００に振動が及ぼされて第一の発電素子１０４が変形し、逆磁歪効果で磁気抵抗が変化する。結果、第一の発電素子１０４と並列回路を構成する第二の発電素子１０５の磁気抵抗が相対的に変化する。

　その結果、磁歪素子からなる第一の発電素子１０４の主動的な磁束の変化に伴って、磁歪素子でない第二の発電素子１０５にも、受動的にしろ、磁束の変化が惹起されることとなる。

　そして、本実施形態では、かかる第二の発電素子１０５に対して、第二のコイル１１０が外挿状態で巻回されている。

　即ち、第二の発電素子１０５は、磁歪素子でないものの、振動発電装置１００へ振動が及ぼされた際には上述のように磁束変化が生じることになる。この磁束変化が、第二のコイル１１０により電気エネルギーとしての起電力に変換される。第二のコイル１１０を通じて得られた電気エネルギーが、第一のコイル１０６と同様に、外部へ取り出されるようになっている。

特許第６０９９５３８号公報

　しかしながら、上記従来の構成では、次のような課題を有している。まず、永久磁石１０８から発生する磁束は、第一の発電素子１０４と第二の発電素子１０５の双方に分岐して通過している。磁気回路は、電気回路とほぼ同様の比較をすることができることが知られているが、ここで磁束に相当するものは電流になる。よって、第一の発電素子１０４と第二の発電素子１０５とに磁束が分流することになる。ここで逆磁歪効果における磁束の関係式として下記式１がある。

　それぞれは、磁束Ｂ、透磁率μ、磁界強度Ｈ、磁歪定数ｄ、応力Ｔである。（１）式の右辺の第１項を見ると、磁束Ｂは磁界強度Ｈ、つまり、永久磁石１０８からの磁気バイアスに相関があることが分かる。特許文献１のように、第一の発電素子１０４と第二の発電素子１０５が平行に並ぶと磁束Ｂが分流するため、第一の発電素子１０４から見た（１）式における磁界強度Ｈが低下してしまうため、第一の発電素子１０４だけが存在する場合よりも磁気バイアスは小さい状態となっている。よって、第一の発電素子１０４の磁束変化により、第二の発電素子１０５へも磁束の変化を誘起することによる効果を得られたとしても、そもそも第一の発電素子１０４へ印加されている磁気バイアスが小さいため、第二の発電素子１０５の磁束Ｂの変化も小さくなり、結果的に効果が薄い。

　よって、本願課題は、逆磁歪効果を利用した発電装置において、磁石からの磁気バイアスを全て磁歪素子に通過させることにより、発電効率を向上させた発電装置を提供することである。

　上記目的を達成するために、正の磁歪定数を有する第一の磁歪材料と、負の磁歪定数を有する第二の磁歪材料との積層体と、上記積層体に巻かれたコイルと、上記積層体と振動源を繋げる接続ヨークと、上記接続ヨークが接続された上記積層体の他方に接続された振動板と、上記振動板に配置された錘と、バイアス磁束を上記第一の磁歪材料と上記第二の磁歪材料に印加する磁石と、上記積層体と上記磁石との間で閉磁路を形成するための磁気回路用ヨークと、を備えた発電装置を用いる。

　本構成によって、磁石から発生する磁気バイアスを全て磁歪材料へ通過させることができ、効率よく発電させることが出来る。

　本発明の発電装置によれば、発電効率が向上し、電池で動作する機器の電力がまかなえ、電池の交換作業が不要となり、メンテナンスに要する人員、費用が削減可能となる。

図１Ａは、本発明の実施の形態１における発電装置の概略断面図である。図１Ｂは、本発明の実施の形態１における発電装置の概略上面図である。図１Ｃは、本発明の実施の形態１における発電装置の磁気回路を説明するための概略図である。図２は、本発明の実施の形態１における振動入力時の作動を説明するための概略断面図である。図３は、本発明の実施の形態２における発電装置の積層体４の断面を説明するための概略図である。図４Ａは、実施の形態１の振動発電装置の断面図である。図４Ｂは、実施の形態３の振動発電装置の断面図である。図４Ｃは、実施の形態１の振動板の断面図である。図４Ｄは、実施の形態１の振動板の断面図である。図４Ｅは、実施の形態３の振動板の断面図である。図５Ａは、特許文献１による発電装置の概略断面図である。図５Ｂは、特許文献１による発電装置の概略上面図である。図５Ｃは、特許文献１による発電装置の磁気回路を説明するための概略図である。

　以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

　（実施の形態１）
　＜構造＞
　図１Ａは本発明の実施の形態１における発電装置１の概略断面図であって、図１ＢのＡ－Ａ‘断面を示す図である。また、図１Ｂは本発明の実施の形態１における発電装置１の概略上面図である。

　図１Ａにおいて、発電装置１は、第一の磁歪材料２と第二の磁歪材料３が積層され、その積層体４にコイル５が巻かれている。積層体４の一方には振動板６が接続され、振動板６の端部には錘７が配置されている。さらに積層体４の他方には接続ヨーク８が接続され、さらに、接続ヨーク８は振動源９に取り付けられている。

　また、図１Ｂにおいて、振動板６と接続ヨーク８には磁石１０がそれぞれ配置されており、磁石１０は、積層体４に対して磁気バイアスを印加している。

　また、その磁気バイアスに対して、閉磁路を形成するために、磁石１０に磁気回路用ヨーク１１が接続されている。ここで、第一の磁歪材料２と第二の磁歪材料３は、板状の長手形状をしており、発電装置１全体として片持ち梁の構造を取っている。

　図１Ｃは本発明の実施の形態１における発電装置１の磁気回路を説明するための概略図である。接続ヨーク８と振動板６に配置された磁石１０から磁気バイアスが発生し、積層体４と磁気回路用ヨーク１１を通り道として、磁束が還流する閉磁路となっている。

　上記のような構造についてさらに詳細に説明する。

　＜第一の磁歪材料２、第二の磁歪材料３、積層体４＞
　第一の磁歪材料２は、正の磁歪定数を有する材料である。ここで正の磁歪定数とは、磁束の方向に対して材料の寸法が伸びるという特性を表す。このような特性を持つ材料には、ＴｂＦｅ_２（テルビウム－鉄合金）、ＤｙＦｅ_２（ディスプロシウム－鉄合金）、ＨｏＦｅ_２（ホルミウム－鉄合金）、Ｇａｌｆｅｎｏｌ（ガリウム－鉄合金）、Ｔｅｒｆｅｎｏｌ－Ｄ（テルビウム－ディスプロシウム－鉄合金）、ＦｅＳｉＢ（鉄－シリコン－ホウ素アモルファス合金）等がある。

　第二の磁歪材料３は、負の磁歪定数を有する材料である。ここで負の磁歪定数とは、磁束の方向に対して材料の寸法が縮むという特性を表す。このような特性を持つ材料には、ＳｍＦｅ_２（サマリウム－鉄合金）、ＥｒＦｅ_２（エルビウム－鉄合金）、ＴｍＦｅ_２（ツリウム－鉄合金）等がある。

　このような第一の磁歪材料２と第二の磁歪材料３を積層させて積層体４を構成するが、接触していればよく、エポキシ樹脂のような接着剤やロウ材のような溶融金属による接合材で密着させてもよい。また接続ヨーク８や振動板６とねじ等で締結させておいても問題ない。

　第一の磁歪材料２と第二の磁歪材料３との積層する方向は、振動する方向（図２）である。つまり、振動板６と錘７とを結ぶ方向と垂直方向である。

　＜コイル５＞
　コイル５は、積層体４の周囲に空間を設けて巻かれており、電磁誘導の法則により第一の磁歪材料２や第二の磁歪材料３を通過する磁束の時間変化に比例して、電圧を発生させる。コイル５の材質は特に限定されるものではないが、例えば銅線、アルミ線を用いることができる。また、コイル５の巻き数や線径を変更することにより電圧の大きさや抵抗の大きさを調整できる。コイル５の巻線の両端は、必要に応じて整流装置等へ電気的に接続されており、振動によって得られる電気エネルギーが外部へ取り出されるようになっている。尚、前述のコイル５と積層体４の空間は電気的な絶縁を確保するためであるが、コイル５を固定するために絶縁性の樹脂などで固定されている方が発電装置１としての信頼性を保つために好ましい。

　＜振動板６、錘７＞
　振動板６と錘７は主に発電装置１が振動源９の振動条件に合わせて発電できるようにするためのものである。例えば、振動板６は板状の金属、錘７はブロック状や円柱状の金属を用いることが出来る。物体には固有振動数が存在し、振動源９と共振することによって発電装置１が大きく振動でき、発電量も向上する。つまり振動源９の振動周波数に合わせた構造が好ましい。

　その発電装置１の共振周波数を調整する場合、錘７を重く、または振動板６を長くすると共振周波数が低下する。このような特性を使って周波数を調整することができる。振動板６は磁気が通過するため磁性体であることが磁気バイアスロスを抑制する観点から好ましい。また、錘７の材質は特に限定されるものではないが、小型化の観点から、密度の高い材料、例えばタングステンなどを使うと錘７のサイズを小さくできる。また錘７に磁束を通過させる必要はないので、透磁率の低いものであることがなお好ましい。

　＜接続ヨーク８＞
　接続ヨーク８は、積層体４と振動源９の間で振動を伝達させるためのものである。また、振動板６と同じく、磁気が通過する。よって、鉄やニッケルなどの磁性体を使用することが好ましい。より具体的には第一の磁歪材料２と第二の磁歪材料３と同様の板状の長手形状の磁性体を用いることが出来る。

　＜磁石１０＞
　磁石１０は第一の磁歪材料２と第二の磁歪材料３に磁気バイアスを印加するために配置されている。（１）式で示したように、磁界強度Ｈに関わるため、磁力の強いものを使用することが好ましい。例えば、ネオジウム系の永久磁石を使用できるが、フェライト系、コバルト系など、特に限定されるものではない。また、図１Ｂのように磁石１０は２箇所配置されている。

　＜磁気回路用ヨーク１１＞
　磁気回路用ヨーク１１は、磁石１０から発生した磁束を還流させて積層体４に対して閉磁路を形成するために配置されている。閉磁路である方が、磁束は磁気抵抗が低い部分を通過するため、空気中への漏れが少なく効率的にエネルギーを使用できるため好ましい。また、磁気回路用ヨーク１１も磁束が通過するため鉄やニッケルなども磁性体を用いることが好ましい。

　さらに磁気回路用ヨーク１１は振動方向に対して、積層体４と重ならないような位置に配置している。これは振動方向に対して積層体４と重なると発電装置１の剛性が向上するため、第一の磁歪材料２と第二の磁歪材料３に加わる力が減少し、材料の変形が起きにくくなり、結果的に発電量を低下させてしまうためである。

　＜効果＞
　このような構成の発電装置１に対して、実際に振動が加わった際の効果を、図２を用いて説明する。図２は本発明の実施の形態１における振動入力時の作動を説明するための概略断面図であり、紙面上で下方向に力が加わった際の状態を示す。ここでは、コイル５は便宜上図示していない。

　図２のように、振動による力が加わると発電装置１がたわむことになる。その際の積層体４に着目すると、第一の磁歪材料２の表面、つまり紙面上で積層体４の上面側には引張力が最も働く。また第二の磁歪材料３の裏面、つまり紙面上で積層体４の下面側には圧縮力が働くことになる。この引張、圧縮の力は、積層体４の厚み方向の中心に向かうほど小さくなり、力がゼロとなる軸（引張力と圧縮力とがつりあった軸）が存在する。

　これを材料力学的に中立軸２０と呼ぶ。ここで第一の磁歪材料２と第二の磁歪材料３を同形状の板とし、物性が同じであると仮定する。ただし、磁歪定数は第一の磁歪材料２と第二の磁歪材料３で正負が逆であるとする。

　よって中立軸２０は、第一の磁歪材料２と第二の磁歪材料３の界面に存在することになる。接着剤等を用いた場合はこの限りではないが、磁歪材料に対して十分薄い場合、例えば、第一の磁歪材料２と第二の磁歪材料３が１ｍｍで接着層が１００ｕｍ以下の場合ではほぼ無視できる。逆磁歪効果では、圧縮、引張のように力の向きが変わると磁束の向きも変わることになる。このため中立軸２０よりも紙面上で上に存在する第一の磁歪材料２には全体的に引張力がかかり、反対に中立軸２０よりも紙面上で下に存在する第二の磁歪材料３には全体的に圧縮力がかかることになる。ここで磁歪定数は正負が反対であるから逆磁歪効果によって発生する磁束は同じ方向になる。磁束は同じ向きであれば強め合うことになるため、第一の磁歪材料２から発生した磁束と第二の磁歪材料３から発生した磁束を足したものが磁束の変化としてコイル５に電磁誘導の法則から電気的に取り出されることになる。

　また、図１Ｃに示したように、第一の磁歪材料２と第二の磁歪材料３は磁気回路としては、並列に構成されていることになるが、磁石１０からの磁気バイアスは、全て第一の磁歪材料２と第二の磁歪材料３を通過する。つまり磁気バイアスを（１）式に従って効率的に利用していることになり、振動源９からの振動エネルギーを高効率に電気エネルギーに変換できるのである。

　また、説明の簡易化のため第一の磁歪材料２と第二の磁歪材料３の物性を同じと仮定したが、実際には正の磁歪材料と負の磁歪材料は別の物性を有するため、同形状のものであっても、中立軸２０が界面に存在するとは限らない。しかしながら、１種類の材料を使用する場合よりも、磁歪定数の正負が逆となる２種類の材料を積層すれば、どのような厚みの割合であっても本発明の効果を発揮することができる。

　（実施の形態２）
　本実施の形態２においては、磁歪定数の絶対値が正負で同一でない場合の磁歪材料を用いた場合に、効率的に電力を取り出すための構成を説明する。説明しない事項は、実施の形態１と同様である。

　なお、前提として第一の磁歪材料２と第二の磁歪材料３の幅、長さは同一として説明する。これは、基本的に磁歪材料は寸法が大きいほど、磁束を発生させる体積が大きくなるので、発電量も向上するためである。正の磁歪材料と負の磁歪材料とを積層させた場合でも同様であり、振動方向が厚み方向であれば、この２種類の材料の幅、長さに差異を設ける必要はないため、本実施の形態では同一であることを前提とする。

　図３は、第一の磁歪材料２の磁歪定数ｄ１の絶対値が、第二の磁歪材料３の磁歪定数ｄ２の絶対値よりも大きい場合の積層体４の断面を表す概略図である。磁歪定数ｄ１の絶対値が、磁歪定数ｄ２の絶対値よりも大きい場合、発電に寄与できる効果として大きいのは、第一の磁歪材料２である。よって、第一の磁歪材料２の厚みｔ１が、第二の磁歪材料３の厚みｔ２よりも大きい方が、発電量が向上する傾向になる。

　これらから次の式２，３を満たすことになる。

かつ、

　ここで、実施の形態１で説明した中立軸２０を考える。前述のように中立軸２０を境界として、正の磁歪定数を持つ材料と負の磁歪定数を持つ材料を積層させると最も効率が良い。断面上でどちらかの材料が中立軸２０を超えると打ち消し合う磁束が発生するためである。この中立軸２０は図３にも示すように下記の式４から算出できる。なお、式４は、材料力学における異種材料を積層した場合の中立軸２０の求め方の式である。

ここで、
　Ｅ１：第一の磁歪材料２のヤング率（ＧＰａ）
　Ｅ２：第二の磁歪材料３のヤング率（ＧＰａ）
　ｔ１：第一の磁歪材料２の厚み（ｍｍ）
　ｔ２：第二の磁歪材料３の厚み（ｍｍ）
　ｈ：第二の磁歪材料３の端面から見た積層体４の中立軸２０までの位置（ｍｍ）
　（４）式から下記のようになる時に磁束の打ち消し合いの生じない最も発電効率の高い構成になる。

　（５）式は、中立軸２０が第一の磁歪材料２と第二の磁歪材料３の界面に存在することを意味する。よって、第一の磁歪材料２には圧縮力または引張力のどちらか一方だけがかかる。第二の磁歪材料３には第一の磁歪材料２とは反対の力だけがかかる。このため、磁束の打ち消し合いが起こらず、全て同一方向に磁束を発生させ、磁束の強め合いが最も生じる構成が（５）式となる。

　しかしながら本発明の効果を得るためには、必ずしも（５）式を満たした状態である必要はない。絶対値が大きい磁歪定数ｄ１を持つ第一の磁歪材料２の中で打ち消し合いが生じない状態にすれば、十分効果を得ることが出来る。

　このような状態にするには、中立軸２０の位置ｈが第二の磁歪材料３の厚みｔ２よりも小さくなれば良い。このような構成であれば、発電効率に寄与の大きい正の磁歪材料の中で磁束の打ち消し合いは生じない。反対に負の磁歪材料は中立軸２０をまたがった状態で存在することになり、引張力と圧縮力が第二の磁歪材料３の中で発生するが、磁歪定数ｄ２の値が小さいので発電効率への影響は小さくなる。これらを式で表すと、

　式（６）のように表すことができる。まとめると（２）式、（３）式、（５）式を満たす構成が最も発電効率を高めることができ、（２）式、（３）式、（６）式を満たすと効率よく発電できる構成となる。

　本実施の形態２では、第一の磁歪材料２である正の磁歪材料の磁歪定数ｄ１の絶対値が、第二の磁歪材料３である負の磁歪定数ｄ２の絶対値よりも大きい場合の構成を説明した。しかし、磁歪定数ｄ２が大きい場合でも、考え方は全く同様であり、本発明の効果は、関係式の正と負の材料を入れ替えれば成立する。

　（実施の形態３）
　本実施の形態３は、振動板６が複数の材料からなる発電装置４０である。

　図４Ｂに実施の形態３の発電装置４０の断面図を示す。図４Ａは、実施の形態１の発電装置１の断面図を示す。説明しない事項は、実施の形態１、２と同様である。

　実施の形態１の発電装置１では、磁石１０で発生する磁束４１が、積層体４と、磁気回路用ヨークとを通って、ループを形成する。

　この時、振動板６が、非磁性材料からなる場合の断面図を図４Ｃ、振動板６が、非磁性材料からなる場合の断面図を図４Ｄに示す。

　図４Ｄでは、磁気の一部が別のところへ進む、図４Ｃでは、磁気が通過しにくい。

　ここで、実施の形態３の発電装置４０では、振動板６として、第１振動板６ａと第２振動板６ｂとを直線状に繋いだ。第１振動板６ａと第２振動板６ｂとは異なる材料からなる。第１振動板６ａは、磁性材料、第２振動板６ｂは、非磁性材料からなる。

　結果、図４Ｅに示すように、磁束４１は、磁性材料の第１振動板６ａを、無駄なく、効率的に通過する。結果、発電装置の発電効率を高める。

　なお、第１振動板６ａは、磁石１０の直上以上に存在するのが好ましい。第１振動板６ａは、直方体でなくともよい。磁束４１が、通過できる道となるように、磁石１０と積層体４とを繋げばよい。

　なお、図４Ａ，図４Ｂでは、磁石１０が、それぞれ１つであるが、図１のように、磁石１０が２つでも、同様である。

　（全体として）
　実施の形態１～３とは組み合わせができる。

　本発明に係る発電装置は、発電効率を向上することが可能であり、産業分野、防犯・防災分野、社会インフラ分野、医療・福祉分野などで多くの利用シーンが想定されているＩｏＴにおいて、キーコンポーネントである無線センサーモジュールへの適用に対して特に有用である。

１、４０　発電装置
２　第一の磁歪材料
３　第二の磁歪材料
４　積層体
５　コイル
６　振動板
６ａ　第１振動板
６ｂ　第２振動板
７　錘
８　接続ヨーク
９　振動源
Ｂ　磁束
Ｈ　磁界強度
Ｔ　応力
ｄ　磁歪定数
ｈ　位置
１０　磁石
１１　磁気回路用ヨーク
４１　磁束
Ｅ１　第一の磁歪材料
Ｅ２　第二の磁歪材料
ｄ１　磁歪定数
ｄ２　磁歪定数
ｔ１　第一の磁歪材料
ｔ２　第二の磁歪材料
１００　振動発電装置
１０１　振動部材
１０２　取付側部材
１０３　末側部材
１０４　第一の発電素子
１０５　第二の発電素子
１０６　第一のコイル
１０７　ヨーク部材
１０８　永久磁石
１０９　接続ヨーク
１１０　第二のコイル

Claims

正の磁歪定数を有する第一の磁歪材料と、負の磁歪定数を有する第二の磁歪材料との積層体と、
前記積層体に巻かれたコイルと、
前記積層体と振動源を繋げる接続ヨークと、
前記接続ヨークが接続された前記積層体の他方に接続された振動板と、
前記振動板に配置された錘と、
バイアス磁束を前記第一の磁歪材料と前記第二の磁歪材料に印加する磁石と、
前記積層体と前記磁石との間で閉磁路を形成するための磁気回路用ヨークと、を備えた発電装置。
前記磁石は２つあり、一方の前記磁石は、前記振動板と接続され、他方の前記磁石は、前記接続ヨークに接続される請求項１記載の発電装置。
前記磁気回路用ヨークは、前記２つの磁石間を繋ぐ請求項２記載の発電装置。
前記第一の磁歪材料の磁歪定数ｄ１と前記第二の磁歪材料の磁歪定数ｄ２が以下の関係式を満たし、
｜ｄ１｜≧｜ｄ２｜
前記第一の磁歪材料の厚みｔ１と前記第二の磁歪材料の厚みｔ２が以下の関係式を満たし、
ｔ１≧ｔ２
前記第一の磁歪材料と前記第二の磁歪材料の前記積層体の中立軸が、前記第一の磁歪材料と前記第二の磁歪材料の界面または、前記第二の磁歪材料の中に存在する請求項１に記載の発電装置。
前記第一の磁歪材料の磁歪定数ｄ１と前記第二の磁歪材料の磁歪定数ｄ２が以下の関係式を満たし、
｜ｄ１｜≦｜ｄ２｜
前記第一の磁歪材料の厚みｔ１と前記第二の磁歪材料の厚みｔ２が以下の関係式を満たし、
ｔ１≦ｔ２
前記第一の磁歪材料と前記第二の磁歪材料の前記積層体の中立軸が、前記第一の磁歪材料と前記第二の磁歪材料の界面または、前記第一の磁歪材料の中に存在する請求項１に記載の発電装置。
前記第一の磁歪材料と前記第二の磁歪材料の積層方向は、前記振動板と前記錘とを結ぶ方向と垂直方向である請求項１に記載の発電装置。
前記中立軸は、前記積層体での引張力と圧縮力とがつりあった軸である請求項４に記載の発電装置。
前記振動板は、第１振動板と第２振動板とを含み、前記第１振動板と前記第２振動板とは異なる材料からなる請求項１記載の発電装置。
前記第１振動板は、磁性材料を含み、前記第２振動板は、非磁性材料を含む請求項８記載の発電装置。
前記第１振動板は、前記振動板と前記磁石とが接続される部分に位置する請求項８記載の発電装置。