CN102986129B - 发电元件及具备发电元件的发电装置 - Google Patents

Abstract

提供一种对于弯曲及冲击承受力较强且发电量多的发电元件、以及具备发电元件的发电装置。发电元件（1）具备：第1磁致伸缩棒（11a），由磁致伸缩材料构成；刚性棒（11b），由具有用来对第1磁致伸缩棒（11a）施加均匀的压缩力或拉伸力的刚性及形状的磁性材料构成，与第1磁致伸缩棒（11a）平行地配置；第1线圈（12c），卷绕在第1磁致伸缩棒（11a）上；以及两个连结磁轭（10a、10b），设在第1磁致伸缩棒（11a）及刚性棒（11b）的各自的两端，以将第1磁致伸缩棒（11a）与刚性棒（11b）连结；通过与第1磁致伸缩棒（11a）的轴向垂直的方向的振动，第1磁致伸缩棒（11a）伸展或收缩，由此进行发电。

Description

发电元件及具备发电元件的发电装置

技术领域

本发明涉及利用振动的发电元件，特别涉及使用磁致伸缩材料的发电元件。

背景技术

以往，用来由身边的振动进行发电的技术的开发被积极地推进，作为该技术之一，公知有使用压电元件的发电方法及利用永久磁铁的磁通密度的变化的发电方法。

利用压电元件的发电方法较多通过用某种方法从外部对压电元件施加力来使压电元件变形而发电。为使压电元件变形，例如有对压电元件施加振动而使其变形的方法、间接地施加风压或声压等压力的方法、使压电元件与重物等物体碰撞的方法、在变形的物体上安装压电元件的方法等（例如，参照专利文献1）。在专利文献1中，记载有利用由声音带来的空气的压力变动而通过压电元件发电的声力发电装置、以及利用由振动带来的压力变动而通过压电元件发电的振动力发电装置。

此外，利用永久磁铁的磁通密度的变化的发电方法是通过伴随着永久磁铁的振动的、线圈的交链（日语：鎖交）磁通密度的时间变化而进行发电的方法，即是利用电磁感应的发电方法（例如，参照非专利文献1、专利文献2）。

在非专利文献1中，公开了通过使线圈的内部在与磁化方向平行的方向上振动的永久磁铁、使线圈内部的磁通密度变化、在线圈中产生电流从而进行发电的发电元件。

在专利文献2中，公开了如下发电元件，其具备：以2极着磁的偏磁铁（biasmagnet）；通过施加来自外部的力而利用逆磁致伸缩效应从而磁导率变化且磁通的流动变化的磁致伸缩材料；将磁致伸缩材料在具有磁各向异性的方向上周期性地压缩的压缩机构；以及通过该周期性地变化的磁通而感应出电流的线圈机构。该发电元件配置有磁致伸缩材料、线圈和压缩机构，以使上述周期性地变化的磁通与卷绕在线圈芯上的线圈进行交链。即，是将在长度方向上具有磁各向异性的磁致伸缩材料在长度方向上周期性地压缩、利用此时在线圈中产生的电流进行发电的结构。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006－166694号公报

专利文献2：日本特开2008－72862号公报

非专利文献

非专利文献1：保坂宽，“用于可佩戴信息设备的振动发生技术”，电气学会杂志、126卷4号，2006（保坂寛、“ウエアラブル情報機器のための振動発生技術”、電気学会誌、126巻4号、2006）

发明概要

发明要解决的问题

专利文献1所记载的压电材料的纵压电常数大，纵压电效应（力的方向与将电压取出的方向相同的情况下）的发电效率高。但是，在利用通过将单板的压电材料弯曲所带来的弯曲变形而发电的情况下，由于在与力的方向正交的方向上将电压取出（横压电效应），所以发电效率低。此外，压电材料是脆性材料，是对于弯曲及冲击而言较弱的材料。因此，不能施加过度的负荷，有难以为了增加发电量而施加较大的弯曲及冲击的问题。此外，压电元件由于是电感应性的负载，所以在低频率下阻抗高，当连接着具有比压电元件低的阻抗的负载时，由于在负载上产生的电压变小，所以通过发电得到的功率变小，有发电效率低的缺点。

此外，在非专利文献1所记载的利用了伴随着永久磁铁的振动而产生的线圈的交链磁通密度的变化的发电方法中，为了增加发电量，需要以大振幅且高频率使振子振动。所以，如果使作为振子使用的永久磁铁的大小变大，则振子的质量增加，振子的谐振频率变低。结果，有发电量不变大的问题。

此外，在专利文献2所记载的基于将磁致伸缩材料周期性地压缩的发电方法中，为了将磁致伸缩材料在长度方向上压缩而需要较大的力。此外，由于压缩力被不均匀地施加在磁致伸缩材料上，所以有发电效率变低的缺点。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种对弯曲及冲击的承受力强且发电量多的发电元件、以及具备发电元件的电子装置。

解决问题所采用的手段

为了达到上述目的，本发明的一个实施方式的发电元件，具备：第1磁致伸缩棒，由磁致伸缩材料构成；刚性棒，由磁性材料构成，该磁性材料具有用来对上述第1磁致伸缩棒施加均匀的压缩力或拉伸力的刚性及形状，该刚性棒与上述第1磁致伸缩棒平行地配置；第1线圈，卷绕在上述第1磁致伸缩棒上；以及两个连结磁轭，设在上述第1磁致伸缩棒及上述刚性棒的各自的两端，以将上述第1磁致伸缩棒与上述刚性棒连结；通过与上述第1磁致伸缩棒的轴向垂直的方向的振动，上述第1磁致伸缩棒伸展或收缩，由此进行发电。

根据该结构，通过与第1磁致伸缩棒的轴向垂直的方向的振动，由磁致伸缩材料构成的第1磁致伸缩棒挠曲，在第1磁致伸缩棒中发生与第1磁致伸缩棒的轴向平行的方向的伸展及收缩。由此，在与第1磁致伸缩棒的轴向平行的方向上发生磁通密度变化的逆磁致伸缩效应，在卷绕在第1磁致伸缩棒上的线圈中发生电流。即，根据该结构，能够利用逆磁致伸缩效应而通过磁通密度的时间性变化进行发电。由此，能够以较小的力高效率地进行发电。

此外，由于将对弯曲及冲击等的外力承受力较强的磁致伸缩材料用在磁致伸缩棒中，所以能够对发电元件施加较大的弯曲或冲击，能够使发电量变多。

这里，上述刚性棒是由磁致伸缩材料构成的第2磁致伸缩棒；还具备卷绕在上述第2磁致伸缩棒上的第2线圈；通过与上述第1磁致伸缩棒及上述第2磁致伸缩棒的轴向垂直的方向的振动，上述第1磁致伸缩棒及上述第2磁致伸缩棒的一个伸展，另一个收缩，由此进行发电。

根据该结构，通过由磁致伸缩材料构成的两个磁致伸缩棒的伸展及收缩，能够利用逆磁致伸缩效应而通过磁通密度的时间性变化进行发电。由于将两个磁致伸缩棒组合而构成发电元件，所以如果对发电元件施加与两个磁致伸缩棒的轴向垂直的方向的振动，则两个磁致伸缩棒的一个伸展，另一个收缩。由此，能够以较小的力高效率地发电。

此外，由于将对弯曲及冲击等的外力承受力较强的磁致伸缩材料用在磁致伸缩棒中，所以能够对发电元件施加较大的弯曲及冲击，能够使发电量变多。

这里，优选的是，上述第1磁致伸缩棒的易磁化方向与上述第1磁致伸缩棒的轴向平行。

此外，优选的是，上述第1磁致伸缩棒及上述第2磁致伸缩棒的各自的易磁化方向与上述第1磁致伸缩棒及第2磁致伸缩棒的各自的轴向平行。

根据该结构，由于磁致伸缩棒的磁化的方向或在磁致伸缩棒中容易发生磁化的方向即易磁化方向与磁致伸缩棒的伸缩的方向相同，所以能够使由于磁致伸缩棒的伸展或收缩带来的磁通密度的变化更大。由此，能够高效率地发电，能够使发电量变多。

这里，优选的是，上述发电元件还具备背磁轭，该背磁轭具有永久磁铁。

根据该结构，由于通过背磁轭在磁致伸缩棒中偏倚地发生磁化，所以即使是不具有残留磁化的材料，也能够作为磁致伸缩棒使用。

这里，优选的是，上述两个连结磁轭的一个被固定，另一个具有重物。

根据该结构，发电元件的一端被固定，通过配置在另一端上的重物进行弯曲振动，从而发电元件以规定的谐振频率谐振而能够连续进行发电。

这里，上述发电元件也可以以2次谐振模式进行谐振，即使在提供2次谐振模式的2次谐振频率下，也能够高效率地进行发电。

在发电元件中发生的电压与发电元件的谐振频率成比例地变大。根据该结构，由于发电元件以谐振频率比在发电元件中一般发生的1次谐振模式高的2次谐振模式振动，所以能够得到更大的电力。

这里，优选的是，上述重物的上述磁致伸缩棒的轴向的长度具有比与上述磁致伸缩棒的轴向垂直的方向的长度长的形状。

根据该结构，在发电元件中能够容易引起2次谐振模式的谐振。

这里，优选的是，设上述第1线圈的匝数为N匝，则上述第1线圈由具有N/K匝的匝数的K个并联连接的线圈构成。

此外，优选的是，设上述第1线圈及上述第2线圈的各自的匝数为N匝，则上述第1线圈及上述第2线圈分别由具有N/K匝的匝数的K个并联连接的线圈构成。

根据该结构，能够将由线圈的负载电阻R发生的功率V²/R的K²倍的功率取出。

这里，优选的是，具备平行配置的多个上述发电元件；上述多个发电元件串联地连接。

根据该结构，在相邻的发电元件中共通地使用将多个发电元件的磁致伸缩棒接合起来的连结磁轭，将多个发电元件串联地连接，由此能够使发电量变大。具体而言，通过将K个发电元件串联地连接，能够使发电量成为K倍。同时，通过将K个发电元件平行地排列K个，能够使谐振频率减小为1/K，所以每单位时间的振动次数增加，所以能够增加发电量。此外，由于发电装置整体的形状构成为具有弹性的弹簧形状，所以能够使发电元件的振动长时间继续。由此，能够容易地调整为与使用的环境相适应的振动数、发电功率。

这里，优选的是，上述磁致伸缩材料具有延展性。

根据该结构，通过使用具有延展性的磁致伸缩材料，能够通过对弯曲及冲击承受力较强的磁致伸缩棒使发电量更多。

这里，优选的是，上述磁致伸缩材料是铁镓合金。

根据该结构，作为磁致伸缩材料，通过使用例如Galfenol等对弯曲及冲击等外力承受力较强且机械加工性良好的铁镓合金，能够使发电量更多。

这里，优选的是，上述磁致伸缩材料是铁钴合金。

根据该结构，作为磁致伸缩材料，通过使用例如波明德合金等磁致伸缩效应高的铁钴合金，能够更高效率地进行发电。

此外，为了达到上述目的，本发明的一个实施方式的具备发电元件的发电装置，具备具有上述特征的发电元件。

根据该结构，能够提供具备具有上述特征的发电元件的发电装置。

发明效果

根据本发明，能够提供对弯曲及冲击的承受力强且发电量多的发电元件、以及具备发电元件的电子装置。

附图说明

图1A是本发明的实施方式1的发电元件的俯视图。

图1B是本发明的实施方式1的发电元件的侧视图。

图2A是表示图1A所示的发电元件的磁致伸缩棒及连结磁轭的配置位置的俯视图。

图2B是表示图1B所示的发电元件的磁致伸缩棒及连结磁轭的配置位置的侧视图。

图2C是表示磁致伸缩棒及连结磁轭的接合方法的俯视图。

图2D是表示磁致伸缩棒及连结磁轭的接合方法的侧视图。

图2E是表示磁致伸缩棒及连结磁轭的接合方法的侧视图。

图2F是表示磁致伸缩棒及连结磁轭的接合方法的俯视图。

图2G是表示磁致伸缩棒及连结磁轭的接合方法的侧视图。

图2H是表示磁致伸缩棒及连结磁轭的接合方法的俯视图。

图2I是表示磁致伸缩棒及连结磁轭的接合方法的俯视图。

图2J是表示背磁轭的结构的一例的侧视图。

图2K是表示将背磁轭替换为卷绕有线圈的磁致伸缩棒的发电元件的结构的侧视图。

图2L是表示将背磁轭替换为卷绕有线圈的磁致伸缩棒的发电元件的结构的侧视图。

图3是表示图1A所示的发电元件的一例的照片。

图4A是表示发电元件的发电动作的俯视图，是表示磁致伸缩棒的动作的图。

图4B是表示发电元件的发电动作的俯视图，是表示在磁致伸缩棒上配置有线圈、重物的状态的图。

图5是将图1A所示的发电元件的发电量用电压表示的图。

图6是将图1A所示的发电元件的发电量用电流表示的图。

图7是表示图1A所示的发电元件的平均发生功率的图。

图8A是表示图1A所示的发电元件的位移的图。

图8B是表示图1A所示的发电元件的发生电压的图。

图9是表示图1A所示的发电元件的输入做功量与输出电能的关系的图。

图10A是表示图1A所示的发电元件的1次谐振模式下的形状的变化的图。

图10B是表示图1B所示的发电元件的2次谐振模式下的形状的变化的图。

图11A是实施方式2的发电元件的侧视图。

图11B是表示图11A所示的发电元件的磁致伸缩棒及连结磁轭的配置位置的侧视图。

图12A是实施方式3的发电元件的俯视图。

图12B是实施方式3的发电元件的俯视图。

图12C是实施方式3的发电元件的俯视图。

图12D是实施方式3的发电元件的俯视图。

图13A是图12A所示的发电元件的等价电路图。

图13B是图12B所示的发电元件的等价电路图。

图13C是图12B所示的发电元件的等价电路图。

图13D是图12C所示的发电元件的等价电路图。

图13E是图12C所示的发电元件的等价电路图。

图13F是图12D所示的发电元件的等价电路图。

图13G是图12D所示的发电元件的等价电路图。

图14是实施方式4的发电装置的概略结构图。

图15A是表示实施方式4的发电装置的使用例的图。

图15B是图15A所示的发电装置的概略结构图。

图15C是图15A所示的发电装置的概略结构图。

图15D是图15A所示的发电装置的概略结构图。

图16是实施方式5的便携电话机的概略结构图。

图17是表示图16所示的便携电话机的内部结构的一部分的概略图。

图18A是实施方式6的发电元件的俯视图。

图18B是实施方式6的发电元件的侧视图。

图18C是表示实施方式6的发电元件的动作的俯视图。

图19是表示实施方式7的发电元件的应用例的图。

图20是用来对实施方式7的气动传感器进行说明的示意图。

图21是用来对实施方式7的振动传感器进行说明的示意图。

图22A是表示实施方式8的发电装置的图。

图22B是表示实施方式8的发电装置的图。

图22C是表示实施方式8的发电装置的图。

图23是表示使用了发电元件的电子装置的一例的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，对于本发明使用以下的实施方式及附图进行说明，但它以例示为目的，并不意味着本发明限定于此。

（实施方式1）

图1A是本发明的一实施方式的发电元件的俯视图，图1B是本发明的一实施方式的发电元件的侧视图。如图1A及图1B所示，发电元件1具备连结磁轭10a及10b、磁致伸缩棒11a及11b、线圈12a及12b、永久磁铁14a及14b、以及背磁轭（backyoke）15。

图2A及图2B是表示图1A及图1B所示的发电元件1的磁致伸缩棒11a及11b、连结磁轭10a及10b的配置位置的概略图，图2A及图2B分别对应于图1A及图1B。

磁致伸缩棒11a及11b例如由作为铁镓合金的Galfenol构成，具有延展性，分别为1mm×0.5mm×10mm的长方体的棒状的形状。

此外，如图2A所示，磁致伸缩棒11a及11b平行地配置。在磁致伸缩棒11a及11b的一端，设有连结磁轭10a，以将磁致伸缩棒11a及11b连接。在磁致伸缩棒11a及11b的另一端，设有连结磁轭10b，以将磁致伸缩棒11a及11b连结。连结磁轭10a及10b例如由含有Fe的磁性材料形成，与磁致伸缩棒11a及11b机械连结及磁连结。

作为一例，磁致伸缩棒11a及11b和连结磁轭10a及10b如以下这样连接。

图2C～图2J是表示磁致伸缩棒11a及11b与连结磁轭10a之间的接合方法的图。由于发电元件是利用振动的，所以磁致伸缩棒11a及11b与连结磁轭10a需要牢固地接合，通过以下的方法，能够将磁致伸缩棒11a及11b与连结磁轭10a牢固地接合，以便能够承受发电所需要的振动。

如图2C所示，连结磁轭10a形成有用来将磁致伸缩棒11a及11b插入的两个槽，在槽中分别插入磁致伸缩棒11a及11b。此时，形成在连结磁轭10a上的槽、与插入在该槽中的磁致伸缩棒11a及11b和连结磁轭10a之间有间隙。为了将该间隙填埋，一般使用粘接剂，但若仅使用粘接剂，磁致伸缩棒11a及11b与连结磁轭10a之间的接合强度是不够的。所以，如图2D所示，连结磁轭10a的高度预先形成得比磁致伸缩棒11a及11b的高度大。

在将磁致伸缩棒11a及11b插入到形成在连结磁轭10a上的槽中之后，如图2E所示，用压力机17将连结磁轭10a压缩而将其压扁，从而利用连结磁轭10a的被压扁的部分将磁致伸缩棒11a及11b与连结磁轭10a之间的间隙填埋，磁致伸缩棒11a及11b与连结磁轭10a紧密接触而牢固地接合。另外，压缩后的连结磁轭10a如图2G所示，成为与磁致伸缩棒11a及11b同样的高度。

磁致伸缩棒11a及11b插入连结磁轭10a中的部分由于连结磁轭10a被压扁而被压缩，可以认为应力集中于磁致伸缩棒11a及11b的根部（磁致伸缩棒11a及11b插入连结磁轭10a中的部分与没有插入的部分之间的边界部分）。所以，如图2H所示，通过例如用环氧树脂等粘接剂18将磁致伸缩棒11a及11b的根部附近加强，从而上述应力的集中被缓和，并且能够进一步提高磁致伸缩棒11a及11b与连结磁轭10a之间的接合强度。

另外，磁致伸缩棒11a及11b与连结磁轭10a之间的接合也可以通过用1个销将磁致伸缩棒11a及11b与连结磁轭10a贯通而接合的销固定方法进行接合。此外，也可以是如下压入方法，即：在连结磁轭10a上形成1个凹部，在该凹部中插入磁致伸缩棒11a及11b，进而在磁致伸缩棒11a及11b之间插入并压缩例如具有棱柱形状的敛缝（かしめ）部，从而将敛缝部压扁而使磁致伸缩棒11a及11b与连结磁轭10a紧密接触。

此外，并不限于磁致伸缩棒11a及11b与连结磁轭10a之间的接合，关于磁致伸缩棒11a及11b与连结磁轭10b之间的接合也是同样的。

此外，连结磁轭的形状除了图2C所示的形状以外，作为一例，也可以是图2I所示那样的形状。图2C所示的连结磁轭10a是其与磁致伸缩棒11a及11b之间的边界相对于磁致伸缩棒11a及11b大致垂直的形状，而图2I所示的连结磁轭10c是其与磁致伸缩棒11a及11b之间的边界朝向磁致伸缩棒11a及11b倾斜的形状。根据该结构，能够缓和磁致伸缩棒11a及11b因振动而弯曲时的磁致伸缩棒11a及11b的根部的应力集中。

此外，如图2B所示，在发电元件1的下表面侧设有背磁轭15。背磁轭15是用来对磁致伸缩棒11a及11b施加偏磁化的结构。

背磁轭15如图2B所示，具有设在连结磁轭10a侧的永久磁铁14a和设在连结磁轭10b侧的永久磁铁14b，并经由永久磁铁14a及14b连接于连结磁轭10a及连结磁轭10b。

永久磁铁14a在与背磁轭15连接的面侧具有N极，在与连结磁轭10a连接的面侧具有S极。此外，永久磁铁14b在与背磁轭15连接的面侧具有S极，在与连结磁轭10b连接的面侧具有N极。由连结磁轭10a及10b、磁致伸缩棒11a及11b、永久磁铁14a及14b以及背磁轭15，形成图2B中用箭头表示那样的磁回路。由此，由于永久磁铁14a及14b的磁动势，使磁致伸缩棒11a及11b发生偏磁化。即，磁致伸缩棒11a及11b的磁化的方向或磁致伸缩棒11a及11b的容易发生磁化的易磁化方向被设定为，与磁致伸缩棒11a及11b的轴向平行的方向。此时的磁化的大小例如是成为饱和磁通密度的1/2的0.85T（特斯拉）。

另外，背磁轭15的永久磁铁并不限定于使用图2B所示那样的永久磁铁14a、14b的结构，也可以是以下那样的结构。

图2J是表示背磁轭的结构的一例的侧视图。如图2J所示，发电元件的背磁轭由设在连结磁轭10a侧的连结部19a、设在连结磁轭10b侧的连结部19b、和设在连结部19a与连结部19b之间的永久磁铁19c构成。即，磁致伸缩棒11a及11b与永久磁铁19c不接触，而成为永久磁铁19c相对于磁致伸缩棒11a及11b平行地配置的结构。连结部19a及19b例如与连结磁轭10a、10b同样，由含有Fe的磁性材料形成。

由于在磁路中发生漏磁通，所以即使是图2J所示那样的结构，也由于由磁致伸缩棒11a及11b、连结部19a、永久磁铁19c和连结部19b形成磁回路，所以对磁致伸缩棒11a及11b施加偏磁化。

另外，上述背磁轭的永久磁铁的配置是一例，并不限于上述结构，也可以是其他结构。此外，并不限于永久磁铁，也可以是利用电磁铁的结构。此外，只要是由于来自发电元件1的外部的磁场而在磁路中发生漏磁通的结构，则也可以是在发电元件1的外部配置磁铁的结构、或没有背磁轭的结构。

并且，如图1A及图1B所示，磁致伸缩棒11a及11b分别形成有线圈12a及12b。线圈12a及12b例如由铜线构成，匝数分别是300匝左右。通过变更线圈12a及12b的匝数，能够调整在发电元件中发生的电压的大小。在磁致伸缩棒11a与线圈12a之间设有间隙，同样，在磁致伸缩棒11b与线圈12b之间也设有间隙。此外，线圈12a及12b之间通过树脂填埋而成为一体。另外，线圈12a及12b也可以不是为一体的结构。此外，线圈的匝数既可以在各线圈中相同，也可以不同。

此外，发电元件1如图2K所示，也可以是将图1B所示的背磁轭15替换为卷绕有线圈的磁致伸缩棒的结构。图2K是表示将背磁轭替换为卷绕有线圈的磁致伸缩棒后的发电元件的结构的侧视图。

如图2K所示，在与背磁轭替换的磁致伸缩棒11d上卷绕有线圈12d。在磁致伸缩棒11d的两端，设有可动磁轭10d及10e。可动磁轭10d的长度与连结磁轭10a的长度大致是同样的。此外，可动磁轭10b的长度与连结磁轭10e的长度大致是同样的。此外，可动磁轭10d通过永久磁铁14a连接于连结磁轭10a。可动磁轭10e通过永久磁铁14b连接于连结磁轭10b。

永久磁铁14a在与可动磁轭10d连接的面侧具有N极，在与连结磁轭10a连接的面侧具有S极。此外，永久磁铁14b在与可动磁轭10e连接的面侧具有S极，在与连结磁轭10b连接的面侧具有N极。通过连结磁轭10a及10b、磁致伸缩棒11a及11b、永久磁铁14a及14b、和可动磁轭10d及10e，形成图2K的下方的图所示那样的磁回路。

由此，由于发电元件的振动，线圈12d的内部的磁通变化，从而不仅是线圈12a、在线圈12d中也发生电流，所以能够高效率地发电。此外，由于代替背磁轭而具备卷绕有线圈12d的磁致伸缩棒11d，所以能够在有效利用空间的同时高效率地发电。

此外，在图2K中，可动磁轭10b和10e为大致相同的长度，但可动磁轭10b和10e也可以如图2L所示为不同的长度。

图2L示出了代替背磁轭而具备卷绕有线圈12d的磁致伸缩棒11d、在振动体16a上具备可动磁轭10b和10e的长度不同的发电元件16b、16c、16d、16e的发电元件的结构。

如图2L所示，通过使发电元件16b、16c、16d、16e的可动磁轭的长度为不同的长度，发电元件16b、16c、16d、16e的谐振频率分别不同。因而，根据该结构，能够通过振动体16a的振动而同时以宽幅的频率进行发电。

另外，在图2L中，也可以考虑以发电元件16及16c、16d及16e永久磁铁14a及14分别连接，但由于磁铁的吸附力小，此外吸附力不在振动方向上作用，所以可以认为不给发电元件的振动带来影响。

图3是表示发电元件1的一例的照片。磁致伸缩棒11a及11b具有截面为1mm×0.5mm、轴向的长度为10mm左右的长方体（棱柱）状的棒状的形状。连结磁轭10a固定于固定部件21，连结磁轭10b具备重物（日语：錘）20。重物20具有在磁致伸缩棒11a及11b的轴向上较长的形状，例如是与磁致伸缩棒11a及11b相同程度的长度。通过这样的结构，发电元件1以固定于固定部件21的连结磁轭10a为中心，通过重物20的振动而进行弯曲振动（谐振）。通过设置重物20，能够由谐振使振动持续。另外，重物20的形状并不限定于如上述那样在磁致伸缩棒11a及11b的轴向上较长的形状，也可以是其他形状。例如，也可以是，将在轴向上形成得较长的重物20的一部分向固定部件21的方向弯折为コ字形状、重物20的一部分与磁致伸缩棒11a及11b平行地配置的形状。通过将重物20做成这样的形状，能够使重物20的长度变长并使设置重物20的空间变小。

图4A是表示磁致伸缩棒11a及11b的动作的图，图4B是表示在磁致伸缩棒11a及11b上配置有线圈12a及12b、重物20的状态的图。

在发电元件1中，发生逆磁致伸缩效应。这里，所谓逆磁致伸缩效应，是指当对磁化了的磁致伸缩材料施加应力时磁化变化的效应。由于该磁化的变化，在线圈中发生感应电压（或感应电流）而发电。

详细地讲，如图4A所示，发电元件1的连结磁轭10a是固定在固定部件上的可看作悬臂梁的结构，通过对连结磁轭10b施加规定的弯曲力P，发电元件1的连结磁轭10b进行弯曲振动。此时，弯曲力P的方向是相对于磁致伸缩棒11a及11b的轴向垂直的方向。通过连结磁轭10b进行弯曲振动，发电元件1谐振。此时的谐振频率的一例是300Hz，也可以是几十～1kHz。

此外，当对连结磁轭10b施加弯曲力P时，磁致伸缩棒11a及11b弯曲变形。具体而言，发电元件1如果受到图4A所示的朝向的弯曲力P，则磁致伸缩棒11a伸展，磁致伸缩棒11b收缩。此外，如果连结磁轭10b受到与上述朝向的弯曲力P反向的弯曲力P，则磁致伸缩棒11a收缩，磁致伸缩棒11a伸展。这样，由于磁致伸缩棒11a及11b伸缩，磁致伸缩棒11a及11b的磁化因逆磁致伸缩效应而增加或减少。由此，贯通线圈12a及12b的磁通密度变化。由于该磁通密度的时间性变化，如图4B所示，在线圈12a及12b中发生感应电压（或感应电流）。此外，由于发电元件1的连结磁轭10b弯曲振动，因谐振而振动持续，所以能够进行连续的发电。

另外，上述结构的发电元件1具备两个由磁致伸缩材料构成的磁致伸缩棒，但与所谓的双压电晶片结构的发电元件不同。

在双压电晶片结构的发电元件中，一般将由磁致伸缩材料构成的磁致伸缩板贴合两个，在所贴合的两个磁致伸缩板的周围沿一个方向卷绕线圈。在这样的结构的发电元件中，即使因振动而一个磁致伸缩板伸展、另一个磁致伸缩板收缩，在两个磁致伸缩板中分别发生的磁通的变化也相互为相反朝向。因而，磁通的变化被相互抵消，在共通卷绕于两个磁致伸缩板的线圈中几乎不发生电流。

相对于此，在上述结构的发电元件1中，在磁致伸缩棒11a及11b上分别卷绕有线圈12a及12b，所以，由于因磁致伸缩棒11a及11b的伸展或收缩而在各个磁致伸缩棒11a及11b中发生的磁通的变化，在线圈12a及12b中分别发生电流。此外，由于磁致伸缩棒11a及11b通过连结磁轭10a及10b平行地连结，所以成为磁致伸缩棒11a及11b的一个伸展则另一个必定收缩的结构。此时，在与磁致伸缩棒11a及11b的轴向平行的中央附近，成为大致均匀的应力分布。因而，与所谓的双压电晶片结构的发电元件相比，能够得到可靠且较大的发电量。

这里，对发电元件1进行的发电的发电量进行说明。图5是将本实施方式的发电元件1的发电量用电压表示的图。

图5是以1次的弯曲谐振频率393Hz使元件强制振动时的移动件的位移、发生电压、磁通密度的变化的时间响应。这里，示出了不连接负载的（开：open）情况和连接有30Ω的负载的情况下的、由于移动件的振动而发生的发生电压、磁通密度的变化、以及移动件的振幅。

根据图5，对应于重物20的周期性位移，贯通线圈12a及12b的磁通密度周期性地变化，发生电压。根据图5，在与根据位移的正负而磁致伸缩板弯曲的同时，内部的磁通密度正负地变化，与该磁通密度的时间分布成比例地发生电压。作为一例，磁通密度的变化是±0.5T，作为一例，此时发生的最大电压是±1.5V（开）。此外，在连接着30Ω的负载的情况下，最大电压减少到0.6V，但作为瞬间功率最大能够得到12mW的功率。

此外，在图5中，在连接着30Ω的负载的情况下，移动件的振幅减小，由此也可知机械能的一部分被变换为电能。

另外，发生电压通常可以通过以下的（式1）计算。

［公式1］

V＝NAB2πfcos2πft＝0.39cos2πft(式1)

这里，V表示发生电压，N表示线圈的匝数，A表示线圈的截面积，B表示将线圈贯通的磁通密度，f表示弯曲振动的谐振频率。

此外，图6是将本实施方式的发电元件的发电量用电流表示的图，示出了在连接着上述30Ω的负载时得到的感应电流。根据得到的电流值，用以下的（式2）计算发电量W。这里，T是振动的周期。发电量W得到了W＝2mW的值。另外，使负载电阻R为R=20Ω。

［公式2］

$W=\frac{1}{T}{\∫}_0^T{I}^2\mathrm{Rdt}$ (式2)

通过将上述截面积A、磁通密度B、谐振频率f、线圈的匝数N变更，作为一例而能够得到1mW以上的发电量。

接着，对发电元件1进行的发电的平均发生功率P及功率密度进行说明。图7是表示在图1所示的发电元件1中、对负载电阻R的平均发生功率P的图。

平均发生功率P通过以下的（式3）计算。

［公式3］

$P=\frac{1}{T}\underset{0}{\overset{T}{\∫}}\frac{v^2}{R}\mathrm{dt}$ (式3)

这里，T是振动的周期，平均发生功率P通过测量负载电阻R的瞬时电压v来计算。

根据图7，确认了在连接着与线圈的电阻相同程度的负载电阻R的匹配条件下，能够取出2.0W的最大功率。该情况下的发生功率的体积密度（功率密度）是10mW/cm³以上。另外，该功率密度是用也包括发电元件1的线圈、磁轭的体积而计算出的。

根据本实施方式的使用了磁致伸缩材料的发电元件1，上述功率密度的值与使用了压电元件的发电（1mW/cm³）及使用了驻极体的发电相比，显现出能够得到10倍以上的发电量。即，根据发电元件1，能够实现元件的小型化。

接着，对发电元件1进行的发电的能量变换效率η进行说明。这里所说的能量变换效率是指相对于输入机械能的输出电能。图8A是表示图1所示的发电元件的位移的图，图8B是表示图1所示的发电元件的发生电压的图。

能量变换效率η通过输入机械能W_i和输出电能W_o用以下的（式4）计算。

［公式4］

$\mathrm{\η}=\frac{\mathrm{Wo}}{\mathrm{Wi}}=\∫\frac{v^2}{R}\mathrm{dt}/\frac{1}{2}{F}_0{X}_0$ (式4)

这里，输入机械能W_i是为了激励而赋予的初始的弹性能，根据初始位移X₀和力F₀求出。输出电能W_o是负载电阻R的焦耳损失的时间积分。此外，负载电阻R为30Ω。图8A及图8B所示的位移和发生电压是在发电元件1的重物20的位置上用线吊上50g的重物、将线切断而使自由振动开始时的重物20的位置的位移和发生电压。

如图8A所示，重物20的位移在振动开始时（图8A中的时间=0.02s附近）是峰值，然后减少。此外，如图8B所示，发生电压在振动开始时（图8B中的时间=0.02s附近）呈现峰值0.5V，然后与图8A所示的位移同样地衰减（衰减系数0.081）。根据图8B，输出电能W_o为1.2×10^-5J，根据图8A，输入机械能W_i为8.9×10^-5J。根据这些值，能量变换效率η为0.14（14%）。即，根据图8A及图8B可知，在因50g的重物的离开而带来的1次自由振动下，能够得到峰值功率8.3mW、平均0.12mW（1.2×10^-5J/0.1s）的功率。

此外，图9是表示当通过重物而改变了激振条件时的、发电元件的输入做功量（输入机械能）W_i与输出电能W_o的关系的图。

如图9所示，输入做功量（输入机械能）W_i与输出电能W_o的关系得到了大致线性的关系。此外，能量变换效率η计算为15%。若考虑在线圈的电阻中发生与之相同程度的焦耳损失，则可以认为变换效率是30%以上。

这里，对发电元件1的振动时的谐振模式和形状变化进行说明。图10A是表示图1A所示的发电元件的1次谐振模式下的形状的变化的图，图10B是表示图1A所示的发电元件的2次谐振模式下的形状的变化的图。

图10A中的发电元件1设置为悬臂梁。即，发电元件1采用一个连结磁轭10a被固定、另一个连结磁轭10b不被固定的结构。另外，也有将没有被固定的连结磁轭10b称作可动部的情况。采用这样的悬臂梁的结构的发电元件1能够在谐振状态下高效率地发电。发电元件1的谐振振动的模式有无限多个，但一般容易发生图10A所示那样的1次谐振模式的谐振。

在1次谐振模式的谐振中，发电元件1如图10A所示，作为悬臂梁整体而发生向一个方向弯曲那样的变形。此时，磁致伸缩棒11a伸展，磁致伸缩棒11b被压缩。由此，发电元件1能够进行与磁致伸缩棒的变形量相应的发电。

此外，发电元件1进行的发电也可以在2次谐振模式下进行。即，设置为悬臂梁的发电元件1，根据发电元件1的形状及所施加的振动的频率，在谐振频率比1次谐振模式高的高次谐振模式下也进行谐振。例如，在谐振频率是1次谐振模式下的谐振频率的4倍左右的2次谐振模式下，发电元件1发生图10B所示那样的变形。

如图10B所示，2次谐振模式下的发电元件1，在将整体作为悬臂梁进行观察时，如图10B所示，是出现节点的状态。此时，悬臂梁的平行梁部分、即磁致伸缩棒11a及11b和可动部（发电元件1的没有被固定的一侧的连结磁轭10a）在作为整体进行观察时发生向一个方向弯曲那样的变形。此时，磁致伸缩棒11a伸展，磁致伸缩棒11b被压缩。由此，发电元件1能够进行与磁致伸缩棒11a、11b的变形量相应的发电。

这里，在发电元件1中发生的电压与发电元件的谐振频率成比例地变大，所以在2次谐振模式下的发电元件1中，由于谐振频率比1次谐振模式高，所以能够得到更大的功率。

为了在发电元件1中容易发生2次谐振模式的谐振，有效的方式是，在发电元件1中使可动部的长度变长，或设置将可动部与平行梁连结的部分并使该连结部及可动部的一部分柔软而做成容易在发电元件1的磁致伸缩棒11a及11b中发生振动的节点的结构。

此外，也可以通过做成将谐振频率不同的多个发电元件1排列的结构，从而做成以多个种类的频率发生谐振状态的结构。根据该结构，即使是对发电元件1施加的振动的频率不同的情况，也能够普遍地发电。

形成磁致伸缩棒11a及11b的磁致伸缩材料并不限定于作为铁镓合金的Galfenol，也可以是其他材料。在使用Galfenol的情况下，因施加应力带来的Galfenol的内部磁化的变化，由于饱和磁通密度变化到1T左右，所以能够提高发电元件1的发电量。

作为Galfenol以外的磁致伸缩材料，例如也可以是作为铁钴合金的波明德合金(permendur)，也可以是其他材料。此外，不仅是结晶状态的材料，也可以是非结晶状态的材料。进而，为了增大相对于拉伸应力的磁化的变化，也可以使用通过预先实施应力退火处理而附加了压缩应力的磁致伸缩材料。

另外，在上述发电元件1中，磁致伸缩棒11a及磁致伸缩棒11b都是由磁致伸缩材料构成的发电元件，但也可以使磁致伸缩棒11a及11b的某一个、例如磁致伸缩棒11b为由具有与磁致伸缩材料大致相同的刚性或磁致伸缩材料的刚性以上的刚性的材料构成的刚性棒11b。在此情况下，由于不需要在刚性棒11b上卷绕线圈12b，所以能够增加卷绕到磁致伸缩棒11a上的线圈12a的匝数，并且能够通过简单的结构实现发电元件1。

此外，关于对连结磁轭10b施加的弯曲力P的方向，只要是在相对于磁致伸缩棒11a及11b的轴向垂直的方向上磁致伸缩棒11a及11b的一个伸展而另一个收缩，则向怎样的朝向施加都可以。

此外，磁致伸缩棒11a及11b的形状并不限定于长方体的棒状的形状，例如也可以是圆柱状的棒状的形状、板状、薄带状等其他形状。

（实施方式2）

接着，对本发明的一实施方式的实施方式2进行说明。在上述实施方式1中，通过两根磁致伸缩棒构成发电元件，但在本实施方式中，与实施方式1的不同点在于，通过1个磁致伸缩棒和连结磁轭构成发电元件。

图11A是本实施方式的发电元件的侧视图，图11B是表示图11A所示的发电元件的磁致伸缩棒及连结磁轭的配置位置的侧视图。

如图11A所示，本实施方式的发电元件具备磁致伸缩棒11c、连结磁轭10c和线圈12c。另外，磁致伸缩棒11c、线圈12c分别相当于本发明的第1磁致伸缩棒、第1线圈。

磁致伸缩棒11c与实施方式1所示的磁致伸缩棒11a及11b同样，例如由作为铁镓合金的Galfenol（杨氏模量70GPa）构成，具有延展性，做成1mm×0.5mm×10mm的长方体的棒状的形状。连结磁轭10c由具有用来对磁致伸缩棒11c施加均匀的应力（压缩力或拉伸力）的刚性及形状的磁性材料形成。所谓用来施加均匀的压缩力或拉伸力的刚性，例如是具有与磁致伸缩棒11c大致相同的刚性的磁性材料，所谓用来施加均匀的压缩力或拉伸力的形状，例如是具有与磁致伸缩棒11c大致相同的形状的磁性材料。作为这样的材料，例如有含有Fe的磁性材料、SUS430（杨氏模量210GPa）等不锈钢。

连结磁轭10c如图11B所示，在一部分上具有凹部。在该凹部内的侧壁上，分别机械连接及磁连接着磁致伸缩棒11c的一端及另一端。因而，在凹部内，磁致伸缩棒11c和连结磁轭10c平行地配置。即，与磁致伸缩棒11c平行地配置的连结磁轭10c的部分相当于本发明的刚性棒。此外，与磁致伸缩棒11c平行地配置的连结磁轭10c的部分以外的部分相当于本发明的两个连结磁轭。通过该结构，如果发电元件1在与磁致伸缩棒11c的轴向垂直的方向上振动，则磁致伸缩棒11c伸展或收缩。由此，在磁致伸缩棒11c中发生磁通的变化。

此外，如图11A所示，在磁致伸缩棒11c上还形成有线圈12c。线圈12c例如由铜线构成，匝数是250匝。如上述那样，通过由磁致伸缩棒11c伸展或收缩而磁通密度变化，线圈12c内的磁通也变化，所以在线圈12c中发生电流。由此，能够进行发电。另外，与实施方式1同样，通过变更线圈12c的匝数，能够调整在发电元件中发生的电压的大小。此外，线圈的匝数也可以不是上述匝数而适当变更。

根据本实施方式的发电元件，与实施方式1的发电元件1相比，即使磁致伸缩棒是1根也能够发电。此外，通过将连结磁轭10c的结构做成使实施方式1的发电元件1的两个连结磁轭10a及10b与刚性棒11b为一体的结构，能够减少发电元件的零件数并减少磁致伸缩棒与连结磁轭之间的连接部分。由此，能够使连结磁轭与磁致伸缩棒之间的接合更牢固。此外，由于仅在磁致伸缩棒11c上卷绕线圈12c，所以能够将线圈的匝数增加，因此能够增加发电量。

（实施方式3）

接着，对本发明的一实施方式的实施方式3进行说明。在本实施方式中，对在各个磁致伸缩棒上并联地卷绕有多个线圈的发电元件进行说明。图12A～图12D是本实施方式的发电元件的俯视图，图13A～13G是图12A～图12D所示的发电元件的等价电路图。另外，在图12A～图12D中，线圈12a及12b作为剖视图表示。

图12A所示的发电元件1是与图1A所示的发电元件1同样的结构，示出了发电元件1的基本结构。在该发电元件1中，在磁致伸缩棒11a及11b上分别卷绕有1个线圈12a及12b。根据该结构，通过将线圈分割并将它们并联连接，能够减小发电元件1的负载电阻内部电阻。

图13A是该发电元件1的等价电路图。在图13A中，如果设线圈12a及12b的匝数为N、设负载电阻为R、设发生的电压为V、设外部负载电阻为R₀，则在取出最大的功率的匹配条件R₀=R时，由负载电阻R₀发生的功率是V²/4R₀。

此外，关于各个分割后的线圈12a（或12b）的负载电阻，如果设线圈12a（或12b）的匝数为N、设负载电阻为R，则在将线圈12a（或12b）如图12D所示那样分割为K个的情况下，如图13F的等价电路图所示那样成为R/K。此时，将分割为K个的线圈12a（或12b）全部并联连接的情况下的合成电阻R如图13G所示，为R=R/K²。

具体而言，如图12B所示，在将2分割的线圈12a（或12b）并联连接的情况下，如图13B的等价电路图所示，分割为两个的各个线圈12a（或12b）的负载电阻为R/2，如图13C所示，合成电阻为R/4。此外，如图12C所示，在将3分割的线圈12a（或12b）并联连接的情况下，如图13D的等价电路图所示，分割后的各个线圈12a（或12b）的负载电阻为R/3，如图13E所示，合成电阻为R/9。

此外，通过使各个线圈12a（或12b）的匝数N增加，能够使发生功率增加。由于发生电压与线圈12a（或12b）的匝数N成比例，所以如图13D所示，将线圈12a（或12b）K分割时的线圈12a的匝数为N/K，发生电压为1/K倍。例如，如图13B所示，在将线圈12a（或12b）2分割的情况下，发生电压是V/2。此外，如图13C所示，在将线圈12a（或12b）3分割的情况下，发生电压是V/3。

在匹配条件下使外部负载电阻为R/K²时的发生功率为（V/K）²/（4R/K²）=V²/4R，与不分割的情况相同。即，通过将线圈12a（或12b）K分割而并联连接，能够降低为发电元件1的内部电阻1/K²倍（其中，电压为1/K倍）。相反，如果能够容许与不分割的情况相同的负载电阻R，也可以使负载电阻为K²倍，即使匝数为“K²倍”（假定匝数与负载电阻成比例）。在此情况下，发生电压为1/K*K²=K倍。

由此，能够取出的功率为（KV）²/4R=K²*V²/4R，能够将由负载电阻R发生的功率V²/4R的K²倍的功率取出。

（实施方式4）

接着，对本发明的一实施方式的实施方式4进行说明。在本实施方式中，对将实施方式1所示的发电元件串联地连结多个的发电装置、以及将实施方式2所示的发电元件串联地连结多个的发电装置进行说明。图14及图15A～图15D是本实施方式的发电装置的概略结构图。另外，在图14中，线圈12a及12b作为剖视图表示。

图14是将实施方式1所示的发电元件串联地连结多个的发电装置的概略结构图。如图14所示，本实施方式的发电装置23a具备固定部24、串联连接于固定部24的5个发电元件、固定部26、以及重物（移动件）27。串联连接的发电元件分别具有磁致伸缩棒11a及11b、分别卷绕在磁致伸缩棒11a及11b上的线圈12a及12b、和将磁致伸缩棒11a及11b连结的连结磁轭25a、25b、25c、25d。5个发电元件分别平行地配置，在相邻的发电元件中共通地使用连结磁轭而将5个发电元件串联地连接。

即，如图14所示，一端连结在固定部24上的第1发电元件的磁致伸缩棒11a及11b的另一端连结在连结磁轭25a上，进而，在连结磁轭25a上连结着与第1发电元件平行地配置的第2发电元件的磁致伸缩棒11a及11b的一端。第2发电元件的磁致伸缩棒11a及11b的另一端连结在连结磁轭25b上，进而，在连结磁轭25b上连结着与第2发电元件平行地配置的第3发电元件的磁致伸缩棒11a及11b的一端。第3发电元件的磁致伸缩棒11a及11b的另一端连结在连结磁轭25c上，进而，在连结磁轭25c上连结着与第3发电元件平行地配置的第4发电元件的磁致伸缩棒11a及11b的一端。第4发电元件的磁致伸缩棒11a及11b的另一端连结在连结磁轭25d上，进而，在连结磁轭25d上连结着与第4发电元件平行地配置的第5发电元件的磁致伸缩棒11a及11b的一端。第5发电元件的磁致伸缩棒11a及11b的另一端连接在固定部26上。通过这样的结构，由于发电装置23a整体的形状构成为具有弹性的弹簧形状，所以通过重物27的上下振动，多个发电元件的磁致伸缩棒11a及11b的一个伸展，另一个收缩。由此，能够与实施方式1所示的发电元件1同样地进行发电。

根据发电装置23a的结构，在相邻的发电元件中共通地使用将多个发电元件的磁致伸缩棒接合起来的连结磁轭，将多个发电元件串联地连接，从而能够使发电量变大。具体而言，通过将K个发电元件串联地连接，能够使发电量成为K倍。同时，通过将K个发电元件平行地排列K个，能够使谐振频率减小为1/K，所以每单位时间的振动次数增加，所以能够增加发电量。此外，由于发电装置整体的形状构成为具有弹性的弹簧形状，所以能够使发电元件的振动长时间持续。由此，能够容易地调整为与使用的环境相适应的振动数、发电功率。另外，如果使重物27的重量变重，则能够得到发电量变大的效果。

图15A是表示发电装置的使用例的图。如图15A所示，发电装置23a或以下所示的发电装置23b例如可以设置在汽车的车体中。

图15B～图15D是将实施方式2所示的发电元件串联地连结了多个的发电装置的概略结构图。在图15B～图15D中，线圈12c作为剖视图表示。

图15B～图15D所示的发电装置23b的结构与上述发电装置23a的结构大致是同样的，不同点在于，各个发电元件由1个磁致伸缩棒11c、连结磁轭10c和卷绕在磁致伸缩棒11c上的线圈12c构成。如图15B～图15D所示，发电装置23b具备串联连结着多个发电元件的发电元件连结体、重物28a、设在形成于重物28a上的凹部内的侧壁上的磁铁28b、28c、将重物28a收存的容器29a、以及配置在重物28a与容器29a之间的多个球体29b。多个球体29b是为了减小重物28a与容器29a之间的摩擦而设置的。

如图15B～图15D所示，发电元件连结体的一部分插入到形成于重物28a上的凹部内。此外，设在凹部中的磁铁28b、28c配置在磁致伸缩棒11c的轴向上。即，分别配置在插入到凹部中的发电元件连结体的一部分进行振动的方向上。发电元件连结体的该一部分由于与由磁性体形成的连结磁轭10c一体地形成，所以具有磁性，与磁铁28b、28c吸附。

以下，对发电装置23b的动作进行说明。发电装置23b例如设置在汽车中，是进行利用了汽车的惯性力的振动的结构。这里，所谓惯性力，是由汽车起步时（加速）或停止时（减速）的加速度带来的力。

在稳定时，即在汽车大致以等速行驶的情况下，重物28a和发电元件连结体的一部分如图15B所示，由磁铁28b的吸附力吸附而成为一体。此外，如果通过制动器的动作或减速而汽车减速，则在重物28a上作用要向行进方向进一步前进的惯性力。由此，如图15C所示，被磁铁28b的吸附力吸附而与磁铁28b成为一体的发电元件连结体变形。在产生该变形的期间，多个发电元件各自的磁致伸缩棒11c或连结磁轭10c的一个伸展而另一个收缩，所以磁致伸缩棒11c的磁通变化，在线圈12c中产生电流。由此，能够进行发电。另外，由于重物28a在容器29a内配置在球体29b之上，所以仅能够进行在容器29a内的移动，容器29a成为阻挡器，位移被限制。

此外，如图15C所示，重物28a因惯性力而移动，如果惯性力超过磁铁28b的吸附力，则重物28a从发电元件连结体的一部分偏离。此时，由惯性力带来的作用力成为零，在发电元件连结体上激励出自由振动。通过该振动，构成发电元件23b的多个发电元件各自的磁致伸缩棒11c及连结磁轭10c的一个伸展而另一个收缩，所以与上述图15B所示的情况同样，能够进行发电。

进而，如图15D所示，在重物28a从磁铁28b偏离后，发电元件连结体的一部分吸附到在与配置有磁铁28b的凹部的侧壁相反侧的侧壁上配置的磁铁28c上。由此，在相反的加速度（汽车的起步或加速）时能够进行同样的发电。

另外，在上述发电装置23b中，为了减小发电装置整体的谐振频率和需要的作用力而使用将多个发电元件连结的发电元件连结体，但在基于利用了惯性力的振动的发电装置中，即使不是上述发电元件连结体，也能够进行发电。此外，并不限于惯性力，通过上下方向的振动也能够进行发电。

（实施方式5）

接着，对本发明的一实施方式的实施方式5进行说明。在本实施方式中，对作为具备在实施方式1中说明的发电元件的电子装置的一例的便携电话机进行说明。

图16是本实施方式的便携电话机的概略结构图。图17是表示图16所示的便携电话机的内部构造的一部分的概略图，是表示搭载有发电元件的部分的图。

如图17所示，发电元件50在便携电话机30的搭载有显示器的盖部分的内部中，夹着配置有显示器的位置而在两侧分别各搭载有1个。各发电元件50与实施方式1所示的发电元件1同样，具备连结磁轭60a及60b、磁致伸缩棒61、线圈62、永久磁铁63a及63b和背磁轭64。

此外，如图17所示，各发电元件50在便携电话机30中在作为盖部分的开闭的中心轴的轴侧配置有连结磁轭60a，在便携电话机30的端侧配置有连结磁轭60b。此外，发电元件50的背磁轭64配置在比磁致伸缩棒61更靠近便携电话机30的盖部分的中心侧。进而，在便携电话机30的端侧，配置有重物70，以将两个发电元件50的连结磁轭60b连结。

通过这样的结构，通过将便携电话机30的盖部分开闭，设于发电元件50的磁致伸缩棒61因该振动而伸缩。并且，通过该伸缩，贯穿线圈62的磁通密度变化，由此进行发电。

另外，图17所示的具备发电元件50的便携电话机30的结构是用来将本发明在便携电话机中实现的一例，也可以是除了发电元件50以外还具备例如发生振动的谐振振动发生机构的结构。

（实施方式6）

接着，对本发明的一实施方式的实施方式6进行说明。在本实施方式中，对在由实施方式1说明的发电元件中具备谐振振动发生机构的发电元件进行说明。图18A是作为谐振振动发生机构而具备牵拉移动件的本实施方式的发电元件的俯视图，图18B是本实施方式的发电元件的侧视图，图18C是表示本实施方式的发电元件的动作的俯视图。

图18A～图18C所示的发电元件80与上述发电元件50同样，具备连结磁轭90a及90b、磁致伸缩棒91a及91b、线圈92a及92b、永久磁铁93a及93b和背磁轭94。此外，在连结磁轭90a上设有轴96，从连结磁轭90b向90a的方向，相对于磁致伸缩棒91a及91b在与设有背磁轭94的一侧相反的一侧，构成为大致L字型的形状。另外，在图18C中，背磁轭94及永久磁铁93a及93b省略了图示。

此外，如图18A所示，连结磁轭90b具有凸部，在牵拉移动件97上，与该凸部对应而设有凹部。并且，如果使连结磁轭90b侧的牵拉移动件97如图18C所示那样以轴96为旋转轴而移动，则牵拉移动件97的凹部接触到连结磁轭90b的凸部而被卡住，连结磁轭90b的凸部被牵拉移动件97的凹部牵拉。由此，发电元件80在与磁致伸缩棒91a及91b平行的方向上谐振振动。

即，通过使牵拉移动件97以轴96为旋转轴而移动，在连结磁轭90b中，随着牵拉移动件97的移动，发电元件80受到与磁致伸缩棒91a及91b的轴向垂直的方向的力。由此，磁致伸缩棒91a及91b的一个伸展而另一个收缩而进行发电。此外，如果一旦将牵拉移动件97移动，则发电元件80的谐振振动连续地发生，所以发电能够连续地进行。

该发电元件80通过将设有轴96的连结磁轭90a侧的端面例如固定于人体的一部分、在牵拉移动件97上例如作为重物而安装便携电话机等电子装置，能够将电子装置所需要的电力通过发电元件80连续地供给。

另外，在具备上述牵拉移动件97的发电元件80中，做成了使连结磁轭90b的凸部被牵拉移动件97的凹部牵拉的结构，但并不限定于该结构，也可以是其他构造，例如也可以与实施方式4所示的发电元件连结体的一部分与磁铁28b的结构同样地，连结磁轭和牵拉移动件利用磁铁的吸附而产生振动。

（实施方式7）

接着，对本发明一实施方式的实施方式7进行说明。在本实施方式中，作为具备在实施方式1中说明的发电元件的电子装置的一例，对监视汽车等的轮胎的气压的气动传感器、道路或桥梁所设置的发电装置进行说明。

如实施方式4所示，图19所示的安装于汽车车体的发电元件23c是通过由车体的振动或加速度带来的惯性力发电的发电元件，而本实施方式的发电装置如图19所示，配置在轮胎102的气动传感器100中。气动传感器一般设在随着汽车的行驶而旋转的轮胎中，所以难以以有线的方式将气动传感器所需要的电力从汽车主体进行供给。因而，通常需要在气动传感器内装备纽扣电池等小型电源。这里，通过在气动传感器中设置本发明的实施方式1所示的发电元件，能够通过轮胎的振动进行发电。

图20是用来对本实施方式的气动传感器100进行说明的示意图。如图20所示，气动传感器100具备传感器部103和发电元件101。并且，传感器部103的一部分与轮胎102接触而设置。此外，发电元件101配置为，将一端的连结磁轭固定于传感器部103，使配置有重物的另一端的连结磁轭朝向轮胎的径的内侧。并且，通过轮胎102的振动，发电元件101振动而进行发电。发电的动作的详细情况与实施方式1所示的发电元件50是同样的，所以省略。另外，轮胎的振动频率的一例是400～500Hz。

此外，图21是设在桥梁或道路上的发电装置的例子。在桥梁或道路200上，由于每当汽车或步行者通过时发生振动，所以通过在桥梁或道路上设置发电装置201，能够利用该振动而通过发电装置201进行发电。此外，也可以是在路面上设置凹凸、每当汽车或步行者通过路面的凹凸时强制地发生振动的结构。由该发电元件201发电的电力例如也可以在安装于桥梁上的振动传感器、光电告示板及照明用LED的电源等中利用。

发电元件201的配置位置如图21所示，可以是路面之下，也可以是容易发生振动的其他位置。此外，并不限定于桥梁或道路，也可以在工厂等的设施中，在马达、机械等的附近配置发电装置，利用马达、机械等的振动进行发电。此外，发电元件既可以是实施方式1、2所示的结构，也可以是实施方式4所示的结构。

此外，该发电装置由于不需要来自电源的配线，所以适用于无线设备的电源。例如，可以在工厂等的设施中作为无线传感器网络用的发电装置加以利用。

另外，在本实施方式中，将气动传感器、振动传感器作为电子装置的一例而进行了说明，但并不限定于气动传感器，也可以在其他电子装置中具备发电元件。例如，也可以是将便携电话机或音乐播放器等便携电子设备、体内传感器、超小型电力供给装置等作为电子装置而具备发电元件的结构。

（实施方式8）

接着，对本发明一实施方式的实施方式8进行说明。在本实施方式中，作为具备在实施方式1中说明的发电元件的发电系统的一例，对利用了由水流或风流带来的振动的发电系统进行说明。图22A～图22C是表示本实施方式的发电装置的图。

如图22A及图22B所示，本实施方式的发电系统具备多个发电装置300。发电装置300具备固定部301、发电元件302和翼型片303。在发电元件302，平行地配置有两个板状的磁致伸缩材料（磁致伸缩板），两个磁致伸缩板各自的一端固定于固定部301，另一端连结于翼型片303。翼型片303具有大致板状的形状，翼型片303的主面以在与发电元件302的平行配置的两个磁致伸缩板的主面大致相同的方向上配置的方式与发电元件302连结。另外，固定部301相当于本发明的连结磁轭，翼型片303相当于本发明的连结磁轭及重物。

此外，图22C是翼型片303的俯视图。如图22C所示，翼型片303的厚度从大致板状的较宽的面的一边朝向与该一边相对的另一边而变薄。根据该结构，从翼型片303的板厚较厚侧向较薄侧发生水流或风流，由于伴随着流路差的压力差，在翼型片303中发生升力。通过该升力、翼型片303及发电元件302的弹性力的作用，在翼型片303及发电元件302中发生自激振动。通过该振动，构成发电元件302的两个磁致伸缩板的一个伸展，另一个收缩。由此，磁致伸缩板的磁通变化，在卷绕在磁致伸缩板上的线圈（或者由印刷在磁致伸缩板上的配线形成的线圈）中发生电流，所以能够进行发电。

通过将这样的形状的发电装置300如图22A所示那样地在有一定的水流的水中或有一定的风流的空气中使朝向一致而配置多个的发电系统，能够高效率地发电而得到较大的电力。

另外，在上述发电装置300中，使用板状的磁致伸缩材料构成发电元件302，但也可以与实施方式1所示的发电元件1同样，使用棒状的磁致伸缩材料形成发电元件302。此外，翼型片303并不限定于上述形状，只要容易发生由水流或风流带来的升力而容易振动，则是怎样的结构都可以。进而，构成发电元件302的磁致伸缩材料并不限定于由两个磁致伸缩板构成的结构，也可以是将1个磁致伸缩板与其他具有刚性的板状的材料贴合的、所谓的单晶片（unimorph）结构。

另外，本发明并不限定于上述实施方式，可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种改良、变形。

例如，在上述实施方式中，对将连结磁轭的一个固定并在另一个上配置有重物的悬臂型的发电元件进行了说明，但并不限于悬臂型的发电元件，例如也可以是将发电元件的中央部分固定并分别在两个连结磁轭上配置有重物的结构。通过做成这样的结构，通过在发电元件的两端配置的重物以规定的谐振频率进行弯曲振动，能够连续高效率地进行发电。此外，也可以是将发电元件的两端固定并在中央部分配置有重物的结构。通过做成这样的结构，通过在发电元件的中央配置的重物以规定的谐振频率进行弯曲振动，能够连续高效率地进行发电。

此外，在上述实施方式中，作为构成磁致伸缩棒的磁致伸缩材料的一例，对作为铁镓合金的Galfenol进行了说明，但磁致伸缩材料并不限定于Galfenol，也可以是其他材料。例如，也可以是作为铁钴合金的波明德合金，也可以是其他材料。此外，为了增大相对于拉伸应力的磁化的变化，也可以使用通过预先实施应力退火处理而附加了压缩应力的磁致伸缩材料。

此外，磁致伸缩棒的形状在上述实施方式中并不限定于长方体的棒状的形状，例如也可以是圆柱状的棒状的形状，也可以是其他形状。此外，磁致伸缩棒的大小并不限定于上述例子而可以变更。此外，磁致伸缩棒的形状不限定于棒状，也可以是板状，也可以是磁致伸缩薄板、磁致伸缩膜。

此外，上述发电元件采用具备具有永久磁铁的背磁轭的结构，但也可以是不具备背磁轭的结构。此外，背磁轭的形状并不限定于上述形状，也可以是其他形状。

此外，在上述实施方式中，采用分别形成在两个磁致伸缩棒上的各线圈之间被树脂填埋而成为一体的结构，但线圈也可以不是成为一体的结构。此外，线圈的匝数在各线圈中既可以相同也可以不同。此外，线圈也可以不是卷绕在磁致伸缩棒上而形成的，例如也可以是在磁致伸缩棒的周围印刷形成配线图案的结构。

此外，本发明的发电元件向电子装置的应用并不限定于上述便携电话机、气动传感器等，例如作为利用了由人或动物的步行所带来的振动的振动发电系统，也可以适用于对人及动物使用的无线传感器等。具体而言，如图23所示，将对发电元件401安装了适度的重物402而得到的发电设备403用由橡胶等弹性体构成的弹性带405固定到脚腕上。在步行时，当使脚着地到地面上时，速度迅速地成为0，发生大的加速度，这在重物402上瞬间作用较大的惯性力。通过该惯性力，在所连结的发电元件401中激振出自由振动，能够进行发电。

进而，在该电力下，例如可以使设在发电设备中的GPS动作而掌握人的位置信息或动物的行动等。一般而言，在这样的系统中需要电池，但如果使用本发明的发电装置，能够无电池而半永久地使用。另外，安装上述发电设备403的位置不仅是脚腕，也可以是手腕、其他部位。通过做成这样的结构，例如，手指不能动作的身体不自由的人在身体的一部分上安装发电设备并使该部分摇摆，或者在地板、床等上安装发电设备并对床等进行敲打，从而能够作为利用振动进行意思表示的发电设备加以使用。

此外，在本发明的发电元件中，将上述实施方式的任意的构成要素组合而实现的别的实施方式、对实施方式在不脱离本发明的主旨的范围内实施本领域技术人员想到的各种变形而得到的变形例、具备本发明的发电元件的各种设备等例如便携电话机或音乐播放器等便携电子设备、体内传感器、超小型电力供给装置等也包含在本发明中。

工业实用性

本发明作为在发生振动的设备等、特别是日常发生振动的便携电话机或音乐播放器等电子装置中搭载的发电元件而具有实用性。此外，对于在发生振动的场所中设置的设备、例如桥梁、道路上的照明用LED电灯或光电告示板等具有实用性。进而，作为利用水流或风流的发电装置而具有实用性，能够在广泛的领域中使用。

标号说明

1、23、50、80、101、302、401发电元件

10a、10b、25a、25b、25c、25d、60a、60b、90a、90b连结磁轭

10c连结磁轭（连结磁轭、刚性棒）

10d、10e可动磁轭（背磁轭）

11a、11c、61、91a磁致伸缩棒（第1磁致伸缩棒）

11b、91b磁致伸缩棒（第2磁致伸缩棒、刚性棒）

11d磁致伸缩棒（背磁轭）

12a、12b、12c、62、92a、92b线圈

12d线圈（背磁轭）

14a、14b、19c、63a、63b、93a、93b永久磁铁

15、19a、19b、64、94背磁轭

20、27、29a、70、402重物

23a、23b、23c、201、300发电装置

24、26固定部（连结磁轭）

30便携电话机（电子装置、发电装置）

100气动传感器（电子装置、发电装置）

301固定部（连结磁轭）

303翼型片（连结磁轭）

403发电设备（电子装置）

Claims (14)

1.一种发电元件，其特征在于，

具备：

第1磁致伸缩棒，由磁致伸缩材料构成；

刚性棒，由磁性材料构成，该磁性材料具有用来对上述第1磁致伸缩棒施加均匀的压缩力或拉伸力的刚性及形状，该刚性棒与上述第1磁致伸缩棒平行地配置；

第1线圈，卷绕在上述第1磁致伸缩棒上；以及

两个连结磁轭，设在上述第1磁致伸缩棒及上述刚性棒的各自的两端，以将上述第1磁致伸缩棒与上述刚性棒连结；

上述两个连结磁轭中的一个被固定，通过对上述两个连结磁轭中的另一个施加与上述第1磁致伸缩棒的轴向垂直的方向的力，上述两个连结磁轭中的另一个进行弯曲振动，上述第1磁致伸缩棒伸展或收缩，由此该发电元件进行发电。

2.如权利要求1所述的发电元件，其特征在于，

上述刚性棒是由磁致伸缩材料构成的第2磁致伸缩棒；

该发电元件还具备卷绕在上述第2磁致伸缩棒上的第2线圈；

通过上述弯曲振动，上述第1磁致伸缩棒及上述第2磁致伸缩棒的一个伸展，另一个收缩，由此该发电元件进行发电。

3.如权利要求1所述的发电元件，其特征在于，

上述第1磁致伸缩棒的易磁化方向与上述第1磁致伸缩棒的轴向平行。

4.如权利要求2所述的发电元件，其特征在于，

上述第1磁致伸缩棒及上述第2磁致伸缩棒的各自的易磁化方向与上述第1磁致伸缩棒及第2磁致伸缩棒的各自的轴向平行。

5.如权利要求1～4中任一项所述的发电元件，其特征在于，

上述发电元件还具备背磁轭，该背磁轭具有磁铁。

6.如权利要求1所述的发电元件，其特征在于，

上述两个连结磁轭的另一个具有重物。

7.如权利要求1所述的发电元件，其特征在于，

上述发电元件以2次谐振模式进行谐振。

8.如权利要求1所述的发电元件，其特征在于，

设上述第1线圈的匝数为N匝，则上述第1线圈由具有N/K匝的匝数的K个并联连接的线圈构成。

9.如权利要求2所述的发电元件，其特征在于，

设上述第1线圈及上述第2线圈的各自的匝数为N匝，则上述第1线圈及上述第2线圈分别由具有N/K匝的匝数的K个并联连接的线圈构成。

10.如权利要求1所述的发电元件，其特征在于，

具备平行配置的多个上述发电元件；

上述多个发电元件串联地连接。

11.如权利要求1所述的发电元件，其特征在于，

上述磁致伸缩材料具有延展性。

12.如权利要求1所述的发电元件，其特征在于，

上述两个连接磁轭与上述刚性棒为一体的结构。

13.一种发电装置，其特征在于，

具备权利要求1所述的发电元件。

14.一种发电装置，其特征在于，

具备权利要求12所述的发电元件。