JP6099538B2 - Vibration power generator using magnetostrictive element - Google Patents
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Description
本発明は、振動エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する振動発電装置であって、特に磁歪素子の変形による逆磁歪作用を利用する磁歪式の振動発電装置に関するものである。 The present invention relates to a vibration power generation apparatus that generates electric power by converting vibration energy into electric energy, and more particularly to a magnetostrictive vibration power generation apparatus that uses an inverse magnetostriction effect due to deformation of a magnetostrictive element.
従来から、振動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置として、磁歪素子の逆磁歪作用を利用した発電装置が提案されている。例えば特許第４９０５８２０号公報（特許文献１）に記載のものがそれであり、磁歪素子としての磁歪棒にコイルが巻回された構造とされている。 Conventionally, as a power generator that converts vibration energy into electric energy, a power generator that uses the inverse magnetostrictive action of a magnetostrictive element has been proposed. For example, the one described in Japanese Patent No. 4905820 (Patent Document 1) is a structure in which a coil is wound around a magnetostrictive rod as a magnetostrictive element.
そして、このような磁歪素子を利用した発電装置では、振動体に取り付けられて、振動体から及ぼされる振動により磁歪棒が繰り返して圧縮変形せしめられる。この磁歪棒の圧縮変形の繰り返しに伴って逆磁歪作用で惹起される磁界変化をコイルに及ぼすことにより、電磁誘導作用による起電力をコイルから取り出すようになっている。 And in the electric power generating apparatus using such a magnetostrictive element, the magnetostrictive rod is repeatedly compressed and deformed by being attached to the vibrating body and by the vibration exerted from the vibrating body. By applying a magnetic field change caused by the inverse magnetostrictive action to the coil as the compression deformation of the magnetostrictive rod is repeated, an electromotive force due to the electromagnetic induction action is taken out from the coil.
ところで、このような磁歪素子を利用した発電装置では、振動エネルギーから電気エネルギーへの変換効率の向上が課題の一つとされている。 By the way, in the power generation device using such a magnetostrictive element, improvement of conversion efficiency from vibration energy to electric energy is considered as one of the problems.
しかしながら、磁歪素子を利用した発電装置において、振動エネルギーから電気エネルギーへの変換効率を向上させる有効な技術は、未だ実現されるに至っていないのが実情であった。 However, in a power generation device using a magnetostrictive element, an effective technique for improving the conversion efficiency from vibration energy to electric energy has not yet been realized.
なお、上記特許文献１では、例えば複数本の磁歪素子を用いることで、曲げ方向の振動荷重を磁歪素子に対して圧縮方向の振動荷重として及ぼすことにより、部材の曲げ共振を利用する等して振動エネルギーの電気エネルギーへの変更効率の向上を図る技術も提案されている。しかし、磁歪素子毎の発電効率としては、未だ十分な効率が得られ難く、製造や入手が困難で高コストの原因となる磁歪素子が多く必要になることから実用化が難しいという問題もあった。 In Patent Document 1, for example, by using a plurality of magnetostrictive elements, the bending load of the member is used as the vibration load in the compression direction with respect to the magnetostrictive element, thereby utilizing the bending resonance of the member. A technique for improving the efficiency of changing vibration energy into electric energy has also been proposed. However, the power generation efficiency of each magnetostrictive element is still difficult to obtain, and there is a problem that it is difficult to put it to practical use because many magnetostrictive elements that are difficult to manufacture and obtain and cause high costs are required. .
本発明は、上述の事情を背景に為されたものであって、その解決課題は、振動エネルギーの電気エネルギーへの変換効率の向上が図られ得る、新規な構造とされた磁歪素子利用の振動発電装置を提供することにある。 The present invention has been made in the background of the above-mentioned circumstances, and the problem to be solved is vibration using a magnetostrictive element having a novel structure capable of improving the conversion efficiency of vibration energy into electric energy. It is to provide a power generation device.
本発明の第一の態様は、振動部材に装着されて磁歪材料の逆磁歪効果を利用して振動エネルギーを電気エネルギーに変換する振動発電装置において、磁歪材料からなり第一のコイルが巻かれた第一の発電素子と、磁歪材料でない磁性材料からなり第二のコイルが巻かれた第二の発電素子とに対して、磁石およびヨーク部材から及ぼされるバイアス磁界が並列的に及ぼされるようにして、前記振動部材から及ぼされる振動により該第一の発電素子に惹起される前記バイアス磁界による磁束の変化を前記第一のコイルで電気エネルギーとして取り出されるようにすると共に、該第一の発電素子の圧縮及び引張変形に伴う磁束の変化により及ぼされる前記第二の発電素子の磁束の変化を前記第二のコイルで電気エネルギーとして取り出されるようにした磁歪素子利用の振動発電装置を、特徴とする。 A first aspect of the present invention is a vibration power generation device that is attached to a vibration member and converts vibration energy into electric energy using the inverse magnetostriction effect of the magnetostrictive material, and is made of a magnetostrictive material and wound with a first coil. A bias magnetic field exerted from the magnet and the yoke member is applied in parallel to the first power generation element and the second power generation element made of a magnetic material that is not a magnetostrictive material and wound with the second coil. A change in magnetic flux due to the bias magnetic field induced in the first power generation element by vibration exerted from the vibration member is extracted as electric energy by the first coil; A change in magnetic flux of the second power generating element caused by a change in magnetic flux accompanying compression and tensile deformation is extracted as electric energy by the second coil. The vibration generating apparatus of the magnetostrictive element utilized was characterized.
本態様の振動発電装置では、磁歪素子である第一の発電素子に惹起される磁気抵抗の変化に着目し、第一の発電素子と並列的にバイアス磁界が及ぼされる第二の発電素子を、磁歪材料を用いないで構成した。このような並列的な磁気回路では、磁歪素子の逆磁歪作用に基づいて第一の発電素子の磁気抵抗ひいては透磁率が変化せしめられるのに伴って、磁歪素子でなく単なる磁性材料で構成された第二の発電素子においても磁束が変化せしめられることとなる。それ故、振動変形せしめられる第一の発電素子における磁束の主動的な変化を第一のコイルで電気エネルギーとして取り出すと共に、第一の発電素子の磁束の変化に伴って受動的に惹起される第二の発電素子における磁束の変化を第二のコイルで電気エネルギーとして取り出すことができる。その結果、磁歪材料という特別な材質を用いる必要なく単なる磁性材料で構成された第二の発電素子を用いて、磁歪素子利用の振動発電装置における振動エネルギーから電気エネルギーへの変換効率の向上が図られ得るのである。 In the vibration power generation device of this aspect, paying attention to the change in magnetoresistance caused by the first power generation element that is a magnetostrictive element, the second power generation element that exerts a bias magnetic field in parallel with the first power generation element, It was constructed without using a magnetostrictive material. In such a parallel magnetic circuit, the magnetoresistance of the first power generating element and the magnetic permeability thereof are changed based on the inverse magnetostrictive action of the magnetostrictive element, and therefore, the magnetic circuit is composed of a simple magnetic material instead of the magnetostrictive element. The magnetic flux is also changed in the second power generation element. Therefore, the main dynamic change of the magnetic flux in the first power generation element that is deformed by vibration is taken out as electric energy by the first coil, and the second power is passively induced in accordance with the change in the magnetic flux of the first power generation element. The change in magnetic flux in the second power generation element can be taken out as electrical energy by the second coil. As a result, it is possible to improve the conversion efficiency from vibration energy to electric energy in the vibration power generation device using the magnetostrictive element by using the second power generation element composed of a simple magnetic material without using a special material called a magnetostrictive material. It can be done.
なお、本発明の振動発電装置では、主動的な磁束が生ぜしめられる第一の発電素子には振動外力によって応力が惹起される必要があるが、第一の発電素子の磁気抵抗変化に伴って受動的な磁束変化が生ぜしめられる第二の発電素子は振動外力によって応力が生ぜしめられる必要はない。それ故、第二の発電素子を、振動外力が及ぼされる構造とする他、振動外力が及ぼされない構造とすることも可能である。 In the vibration power generation device of the present invention, the first power generation element in which the main dynamic magnetic flux is generated needs to be stressed by the vibration external force, but with the change in the magnetic resistance of the first power generation element. The second power generating element in which the passive magnetic flux change is generated does not need to be stressed by the vibration external force. Therefore, the second power generating element can have a structure in which a vibration external force is not applied, in addition to a structure in which a vibration external force is exerted.
本発明の第二の態様は、前記第一の態様に係る振動発電装置であって、前記第一の発電素子と前記第二の発電素子とが、前記振動部材から及ぼされる振動により該第一の発電素子および該第二の発電素子に対して一方への圧縮変形と他方への引張変形とが交互に繰り返し生ぜしめられるように配置されているものである。 A second aspect of the present invention is the vibration power generation apparatus according to the first aspect, wherein the first power generation element and the second power generation element are affected by vibration exerted from the vibration member. The power generating element and the second power generating element are arranged so that compression deformation to one side and tensile deformation to the other side are alternately and repeatedly generated.
本態様の振動発電装置では、第一の発電素子に対して第二の発電素子を強度部材として利用することも可能であり、これにより、例えば、第二の発電素子の強度を利用して、第一の発電素子に対して曲げ方向に及ぼされる外力のモーメント中心を第一の発電素子の外部に設定することで、第一の発電素子に対して圧縮／引張方向の応力を生ぜしめて発電効率の向上を図ることが可能となる。 In the vibration power generation device of this aspect, it is also possible to use the second power generation element as a strength member with respect to the first power generation element, thereby using, for example, the strength of the second power generation element, By setting the moment center of the external force exerted in the bending direction with respect to the first power generating element to the outside of the first power generating element, a stress in the compression / tensile direction is generated on the first power generating element to generate power. Can be improved.
本発明の第三の態様は、前記第二の態様に係る振動発電装置であって、前記第一の発電素子と前記第二の発電素子が互いに並列的に配置されていると共に長さ方向の両端部分が相互に固定されることによって複合構造の振動変形部材が構成されており、前記振動部材による振動が該振動変形部材に対して曲げ方向に及ぼされた際に、該第一の発電素子および該第二の発電素子の一方に圧縮変形が生ぜしめられると共に他方に引張変形が生ぜしめられるようになっているものである。 A third aspect of the present invention is the vibration power generation apparatus according to the second aspect, wherein the first power generation element and the second power generation element are arranged in parallel with each other and in the length direction. A vibration deforming member having a composite structure is configured by fixing both end portions to each other, and when the vibration by the vibrating member is exerted on the vibration deforming member in a bending direction, the first power generating element One of the second power generation elements is caused to undergo compressive deformation and the other is caused to undergo tensile deformation.
本態様の振動発電装置では、第一の発電素子と第二の発電素子が機械構造的に並列的に配された梁を構成する複合構造の振動変形部材とされている。それ故、かかる振動変形部材に対して外力が曲げ方向に及ぼされた際の中立軸を、例えば第一の発電素子と第二の発電素子の中間部分に設定することで、磁歪材料からなる第一の発電素子に対して圧縮変形と引張変形を交互に一層効率的に生ぜしめることが可能になる。 In the vibration power generation apparatus according to this aspect, the first power generation element and the second power generation element are configured as a vibration deformation member having a composite structure constituting a beam in which the mechanical structure is arranged in parallel. Therefore, by setting the neutral axis when an external force is exerted on the vibration deforming member in the bending direction, for example, at an intermediate portion between the first power generating element and the second power generating element, It becomes possible to generate compression deformation and tensile deformation alternately and more efficiently for one power generation element.
本発明の第四の態様は、前記第一〜第三の何れかの態様に係る振動発電装置であって、前記第一の発電素子と前記第二の発電素子との少なくとも一方の側における磁路上に磁気抵抗調節機構が設けられているものである。 A fourth aspect of the present invention is the vibration power generation apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein the magnetism on at least one side of the first power generation element and the second power generation element. A magnetic resistance adjusting mechanism is provided on the road.
本態様の振動発電装置では、磁気抵抗調節機構を採用したことで、並列的な磁路を形成する第一の発電素子側の磁路と第二の発電素子側の磁路とにおける磁気抵抗を相対的に調節することが可能になる。そして、第一の発電素子側の磁路と第二の発電素子側の磁路とにおける磁気抵抗を相対的に調節することで、第二の発電素子に惹起される磁束の変化量ひいては第二のコイルで得られる電気エネルギーをより効率的に増大させることが可能になる。 In the vibration power generation apparatus of this aspect, by adopting the magnetoresistive adjustment mechanism, the magnetic resistance in the magnetic path on the first power generation element side and the magnetic path on the second power generation element side that form parallel magnetic paths is reduced. It becomes possible to adjust relatively. Then, by adjusting the magnetic resistance in the magnetic path on the first power generation element side and the magnetic path on the second power generation element side relatively, the amount of change in the magnetic flux induced in the second power generation element and the second It becomes possible to increase the electric energy obtained by the coils of the above-mentioned coils more efficiently.
本発明の第五の態様は、前記第四の態様に係る振動発電装置であって、前記磁気抵抗調節機構として、前記第一の発電素子側と前記第二の発電素子側との互いに並列的な磁路の少なくとも一方の磁路上に設けられた磁気ギャップと、前記第一の発電素子側と前記第二の発電素子側との互いに並列的な磁路の少なくとも一方の磁路上に配置された非磁性材と、前記第一の発電素子および前記第二の発電素子における相対的な形状差との、少なくとも一つが採用されているものである。 A fifth aspect of the present invention is the vibration power generation apparatus according to the fourth aspect, wherein the first and second power generation element sides are arranged in parallel as the magnetoresistive adjustment mechanism. A magnetic gap provided on at least one of the magnetic paths and at least one of the magnetic paths parallel to each other on the first power generation element side and the second power generation element side. At least one of a nonmagnetic material and a relative shape difference between the first power generation element and the second power generation element is employed.
本態様の振動発電装置では、磁気抵抗調節機構を簡単な部材や構造をもって実現することが可能になる。 In the vibration power generator of this aspect, the magnetoresistive adjustment mechanism can be realized with a simple member or structure.
本発明の第六の態様は、前記第一〜第五の何れかの態様に係る振動発電装置であって、前記第一の発電素子側と前記第二の発電素子側との互いに並列的な磁路において、該第一の発電素子側の磁路における磁気抵抗Ｒ１の最小値Ｒ１min と最大値Ｒ１max に対して、該第二の発電素子側の磁路が下式で表される磁気抵抗Ｒ２を有しているものである。
Ｒ１min ＊１．２≦Ｒ２≦Ｒ１max ＊０．８
A sixth aspect of the present invention is the vibration power generation apparatus according to any one of the first to fifth aspects, wherein the first power generation element side and the second power generation element side are parallel to each other. In the magnetic path, the magnetic path on the second power generating element side is expressed by the following equation with respect to the minimum value R1 min and the maximum value R1 max of the magnetic resistance R1 in the magnetic path on the first power generating element side. A resistor R2 is provided.
R1 min * 1.2 ≦ R2 ≦ R1 max * 0.8
本態様の振動発電装置では、第一の発電素子側と第二の発電素子側との磁路における各磁気抵抗を上式を満足するように調節することで、第一の発電素子側に惹起される逆磁歪作用に基づく磁束の変化に伴って第二の発電素子側に惹起される磁束の変化量を一層大きく確保することが可能になる。その結果、第一及び第二のコイルによって電気エネルギーを一層効率的に得ることが可能になるのである。 In the vibration power generation apparatus according to this aspect, the magnetic resistances in the magnetic paths on the first power generation element side and the second power generation element side are adjusted so as to satisfy the above expression, thereby causing the first power generation element side. As a result of the change in the magnetic flux based on the inverse magnetostriction effect, it is possible to secure a larger amount of change in the magnetic flux induced on the second power generation element side. As a result, electrical energy can be obtained more efficiently by the first and second coils.
本発明の第七の態様は、前記第一〜第六の何れかの態様に係る振動発電装置であって、前記第一の発電素子の飽和磁化Ｍｓ１に対して、前記第二の発電素子の飽和磁化Ｍｓ２が下式を満たしているものである。
Ｍｓ１＊０．４≦Ｍｓ２
A seventh aspect of the present invention is the vibration power generation apparatus according to any one of the first to sixth aspects, wherein the second power generation element has a saturation magnetization Ms1 of the first power generation element. The saturation magnetization Ms2 satisfies the following formula.
Ms1 * 0.4 ≦ Ms2
本態様の振動発電装置では、第一の発電素子と第二の発電素子とを相互に断面積を大きく異ならせることなく、第一の発電素子側に惹起される逆磁歪作用に基づく磁束の変化に伴って第二の発電素子側に惹起される磁束の変化量をより大きく確保することが可能になる。なお、本態様では、前記第六の態様に記載の条件式も合わせて満たすことが好適である。 In the vibration power generation device of this aspect, the change in magnetic flux based on the inverse magnetostriction effect induced on the first power generation element side without making the cross-sectional areas of the first power generation element and the second power generation element greatly different from each other. Accordingly, it becomes possible to secure a larger amount of change in magnetic flux induced on the second power generation element side. In this aspect, it is preferable that the conditional expression described in the sixth aspect is also satisfied.
本発明の第八の態様は、前記第一〜第七の何れかの態様に係る振動発電装置であって、前記バイアス磁界におけるバイアス磁束Φが、前記第一の発電素子側の磁路における磁気抵抗Ｒ１の最小値Ｒ１min および最大値Ｒ１max に対して下式を満たしているものである。
Φ’＊０．４≦Φ≦Φ’＊１．５
Φ’＝（（√（Ｒ１max ＊Ｒ１min ）＋Ｒ１min ）／√（Ｒ１max ＊Ｒ１min ））
＊Ｍｓ１
なお、上式中、Ｍｓ１は第一の発電素子の飽和磁化である。
An eighth aspect of the present invention is the vibration power generation apparatus according to any one of the first to seventh aspects, wherein the bias magnetic flux Φ in the bias magnetic field is a magnetic field in the magnetic path on the first power generation element side. The following formula is satisfied with respect to the minimum value R1 min and the maximum value R1 max of the resistor R1.
Φ '* 0.4 ≦ Φ ≦ Φ' * 1.5
Φ ′ = ((√ (R1 max * R1 min ) + R1 min ) / √ (R1 max * R1 min ))
* Ms1
In the above formula, Ms1 is the saturation magnetization of the first power generating element.
本態様の振動発電装置では、バイアス磁界を不必要に大きくすることなく、第一の発電素子の逆磁歪作用による磁束の変化量を効率的に得ることが可能になる。また、本態様では、第二の発電素子の飽和磁化を、第一の発電素子の飽和磁化以上の値に設定することが好ましく、それによって、第二の発電素子においても、断面積を第一の発電素子に比して著しく大きくする必要もなく、大きな磁束の変化量を効率的に確保することができる。 In the vibration power generation device of this aspect, it is possible to efficiently obtain the amount of change in magnetic flux due to the inverse magnetostrictive action of the first power generation element without unnecessarily increasing the bias magnetic field. Further, in this aspect, it is preferable to set the saturation magnetization of the second power generation element to a value equal to or greater than the saturation magnetization of the first power generation element. Therefore, it is not necessary to significantly increase the power generation element, and a large amount of change in magnetic flux can be efficiently ensured.
本発明に従う構造とされた磁歪素子利用の振動発電装置では、磁歪材料からなる第一の発電素子に対する磁路を非磁歪材料からなる第二の発電素子によって並列的に構成し、第一の発電素子に対して主動的に惹起される磁束変化に加えて、第二の発電素子に対して受動的に惹起される磁束変化も利用することにより、第一の発電素子に及ぼされる振動エネルギーを第一のコイルと第二のコイル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、発電効率の向上が図られ得る。 In the vibration power generation device using the magnetostrictive element having the structure according to the present invention, the magnetic path for the first power generation element made of the magnetostrictive material is configured in parallel by the second power generation element made of the non-magnetostrictive material, and the first power generation In addition to the magnetic flux change that is primarily induced with respect to the element, the vibration energy that is passively induced with respect to the second power generation element is also used to reduce the vibration energy exerted on the first power generation element. The first coil and the second coil can be efficiently converted into electric energy, and the power generation efficiency can be improved.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、図１および図２には、本発明の第一の実施形態としての磁歪素子利用の振動発電装置１０の正面図および平面図が示されている。この振動発電装置１０は、自動車の車両ボデー等の振動部材に装着されて用いられる。そして、振動部材から加振力として及ぼされる振動エネルギーを電気エネルギーに変換して起電力を取り出し得るようになっている。 First, FIG. 1 and FIG. 2 show a front view and a plan view of a vibration power generation apparatus 10 using a magnetostrictive element as a first embodiment of the present invention. The vibration power generation apparatus 10 is used by being mounted on a vibration member such as a vehicle body of an automobile. The vibration energy exerted as the excitation force from the vibration member can be converted into electric energy to extract the electromotive force.
より詳細には、振動発電装置１０は、振動部材１１に対して固定的に取り付けられる取付側部材１２を備えていると共に、該取付側部材１２から離隔配置されたマス側部材１４が設けられている。そして、これら取付側部材１２とマス側部材１４とが、第一の発電素子１６および第二の発電素子１８によって連結されている。 More specifically, the vibration power generation apparatus 10 includes an attachment-side member 12 that is fixedly attached to the vibration member 11, and a mass-side member 14 that is spaced apart from the attachment-side member 12 is provided. Yes. The attachment side member 12 and the mass side member 14 are connected by the first power generation element 16 and the second power generation element 18.
第一の発電素子１６と第二の発電素子１８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１６および第二の発電素子１８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１２とマス側部材１４に固着されることによって、取付側部材１２とマス側部材１４の間に跨がって配されている。 Each of the first power generation element 16 and the second power generation element 18 has a longitudinal shape such as a plate shape or a rod shape. The first power generation element 16 and the second power generation element 18 are arranged in parallel at a predetermined distance from each other, and the end portions in the length direction are respectively attached to the attachment side member 12 and the mass side member 14. By being fixed to, the attachment side member 12 and the mass side member 14 are arranged straddling.
なお、第一及び第二の発電素子１６，１８における各端部の取付側部材１２やマス側部材１４に対する固定構造は限定されず、圧入や溶着の他、接着やカシメ、ボルトやリベットなどの公知の各種の固定構造が適宜に採用され得る。 In addition, the fixing structure with respect to the attachment side member 12 and the mass side member 14 of each end in the first and second power generation elements 16 and 18 is not limited, and in addition to press-fitting and welding, adhesion, caulking, bolts, rivets, etc. Various known fixing structures can be employed as appropriate.
而して、長さ方向の両側に配された取付側部材１２とマス側部材１４が、第一及び第二の発電素子１６，１８で連結されることにより、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１０が構成されている。かかる振動発電装置１０は、取付側部材１２が直接的又は適宜にブラケット等を介して間接的に振動部材１１に取り付けられることにより、振動部材１１から外方に突出する片持梁構造の振動発電装置を構成することとなる。 Thus, the attachment-side member 12 and the mass-side member 14 arranged on both sides in the length direction are connected by the first and second power generation elements 16 and 18 to have a longitudinal shape as a whole. The vibration power generator 10 is configured as a single beam-like member. The vibration power generation apparatus 10 has a cantilever structure vibration power generation projecting outward from the vibration member 11 by attaching the attachment side member 12 to the vibration member 11 directly or appropriately via a bracket or the like. This constitutes a device.
ここにおいて、第一の発電素子１６は、磁歪素子である材質によって構成されている。即ち、第一の発電素子１６は、変形に伴う応力変化で透磁率が変化するものであり、第一の発電素子１６の逆磁歪効果により機械的エネルギーである振動が磁気的エネルギーに変換されることとなる。なお、第一の発電素子１６を構成する磁歪材料は特に限定されるものでないが、強度に優れた鉄系の磁歪材料が望ましく、例えば、鉄−ガリウム系合金や鉄−コバルト系合金、鉄−ニッケル系合金、テルジウム−ジスプロシウム−鉄系合金等が、好適に採用され得る。 Here, the 1st electric power generation element 16 is comprised with the material which is a magnetostriction element. In other words, the first power generation element 16 has a permeability that changes due to a stress change accompanying deformation, and vibration, which is mechanical energy, is converted into magnetic energy by the inverse magnetostriction effect of the first power generation element 16. It will be. The magnetostrictive material constituting the first power generation element 16 is not particularly limited, but an iron-based magnetostrictive material having excellent strength is desirable. For example, an iron-gallium alloy, an iron-cobalt alloy, iron- A nickel-based alloy, a terdium-dysprosium-iron-based alloy, or the like can be suitably employed.
また、第一の発電素子１６には、第一のコイル２０が外挿状態で巻回されており、第一の発電素子１６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２０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。そして、この第一のコイル２０の巻線の両端が、必要に応じて整流装置等を介して、図示しないキャパシタ等の蓄電装置に電気的に接続されており、第一の発電素子１６で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。 A first coil 20 is wound around the first power generation element 16 in an extrapolated state, and magnetic flux as magnetic energy accompanying vibration deformation caused by the inverse magnetostriction effect in the first power generation element 16. The change is converted into electromotive force as electric energy by the first coil 20. Then, both ends of the winding of the first coil 20 are electrically connected to a power storage device such as a capacitor (not shown) via a rectifying device or the like as necessary. The electrical energy that is generated is extracted outside.
一方、第二の発電素子１８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。なお、第二の発電素子１８を構成する磁性材料は、鉄および鉄系合金やハーマロイ系合金、フェライト化合物、アモルファスなどの磁路を構成し得る公知の各種の強磁性体が採用可能であり、特に限定されるものでないが、目的とする受動的な発電を効率的に達成するために軟磁性材料であることが望ましい。なかでも、初透磁率や最大透磁率などの透磁率が高いこと、残留磁束密度や飽和磁束密度が高いこと、保磁力が小さいこと、などを指標として選択採用されることが望ましい。具体的には、例えばＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｇｂ，Ｔｂ，Ｄｙ等元素とそれらの合金・金属間化合物，ＦｅＳｉ，ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ，ＳｍＣｏ，ＮｄＦｅＢ，ＣｏＣｒ，ＣｏＰｔなどのフェロ磁性を有する強磁性材や、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ酸化物等の如き各種フェライト系材料，ＴｂＦｅ等の如きＦｅ，Ｃｏなどの重希土類金属の金属間化合物などのフェリ磁性を有する強磁性材が好適に用いられ得る。 On the other hand, the second power generation element 18 does not need to actively induce a magnetic flux change with vibration deformation and is made of a material made of a magnetic material that is not a magnetostrictive element. The magnetic material constituting the second power generation element 18 may employ various known ferromagnetic materials that can constitute a magnetic path such as iron and iron-based alloys, hermalloy-based alloys, ferrite compounds, and amorphous, Although not particularly limited, a soft magnetic material is desirable in order to efficiently achieve the desired passive power generation. Among them, it is desirable to select and use as an index the high permeability such as the initial permeability and the maximum permeability, the high residual magnetic flux density and the saturation magnetic flux density, and the low coercive force. Specifically, ferromagnetic materials having ferromagnetism such as elements such as Fe, Co, Ni, Gb, Tb, Dy and their alloys / intermetallic compounds, FeSi, NiFe, CoFe, SmCo, NdFeB, CoCr, CoPt, etc. In addition, ferromagnetic materials having ferrimagnetism, such as various ferrite materials such as Fe, Ni, Co oxide, etc., and intermetallic compounds of heavy rare earth metals such as Fe, Co, such as TbFe, can be suitably used.
そして、磁歪素子でない第二の発電素子１８には、ヨーク部材２２が組み付けられており、第一の発電素子１６と並列的な磁気回路が構成されていると共に、かかる磁気回路に対してバイアス磁界を及ぼす磁石手段としての永久磁石２４が設けられている。具体的には、ヨーク部材２２は、第一及び第二の発電素子１６，１８の側方を並列的に延びて配されている。このヨーク部材２２は、取付側部材１２とマス側部材１４との間に跨がって延びる長手形状とされており、第一及び第二の発電素子１６，１８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２２の長さ方向一方の端部が、永久磁石２４を介して、第一及び第二の発電素子１６，１８における取付側部材１２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２２の長さ方向他方の端部は、接続ヨーク２６を介して、第一及び第二の発電素子１６，１８におけるマス側部材１４側の端部に対して磁気的に接続されている。 A yoke member 22 is assembled to the second power generation element 18 that is not a magnetostrictive element, and a magnetic circuit parallel to the first power generation element 16 is formed, and a bias magnetic field is applied to the magnetic circuit. A permanent magnet 24 is provided as a magnet means for exerting the above. Specifically, the yoke member 22 is arranged to extend sideways of the first and second power generation elements 16 and 18 in parallel. The yoke member 22 has a longitudinal shape extending between the attachment side member 12 and the mass side member 14 and is laterally separated from the first and second power generation elements 16 and 18. Are arranged. Then, one end in the length direction of the yoke member 22 is magnetically connected to the end on the attachment side member 12 side in the first and second power generation elements 16 and 18 via the permanent magnet 24. ing. The other end in the longitudinal direction of the yoke member 22 is magnetically connected to the end on the mass side member 14 side of the first and second power generating elements 16 and 18 via the connection yoke 26. ing.
これにより、図３にモデル的に示すように、第一及び第二の発電素子１６，１８とヨーク部材２２、接続ヨーク２６および永久磁石２４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２４の発生磁力に基づいてバイアス磁束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１６と第二の発電素子１８が互いに並列的な磁路を構成している。 Thus, as shown in model form in FIG. 3, the first and second power generating elements 16, 18, the yoke member 22, the connecting yoke 26 and the permanent magnet 24 constitute a closed magnetic circuit-like magnetic circuit. A bias magnetic flux is exerted on the magnetic circuit based on the magnetic force generated by the permanent magnet 24, and the first power generating element 16 and the second power generating element 18 form a parallel magnetic path on the magnetic circuit. doing.
それ故、このような磁気回路では、図４にモデル的に示すように、振動部材１１から振動発電装置１０に振動が及ぼされて第一の発電素子１６が変形することで逆磁歪効果で磁気抵抗が変化すると、第一の発電素子１６と並列回路を構成する第二の発電素子１８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１６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１８にも、受動的にしろ、磁束の変化が惹起されることとなる。因みに、本実施形態に従う構造とされた振動発電装置１０において、振動入力に際して第一の発電素子１６および第二の発電素子１８において主動的および受動的に惹起される磁束の変化態様をシミュレーションした演算結果を、図５に示す。 Therefore, in such a magnetic circuit, as shown in a model form in FIG. 4, vibration is applied from the vibration member 11 to the vibration power generation device 10, and the first power generation element 16 is deformed, so that the magnetism is generated by the inverse magnetostriction effect. When the resistance changes, the magnetic resistance of the second power generation element 18 that forms a parallel circuit with the first power generation element 16 changes relatively. As a result, with the main dynamic flux change of the first power generation element 16 made of a magnetostrictive element, the second power generation element 18 that is not a magnetostrictive element is also passively caused to change the magnetic flux. Become. Incidentally, in the vibration power generation apparatus 10 having the structure according to the present embodiment, an operation for simulating a change mode of the magnetic flux that is induced dynamically and passively in the first power generation element 16 and the second power generation element 18 at the time of vibration input. The results are shown in FIG.
そして、本実施形態では、かかる第二の発電素子１８に対して、第二のコイル２８が外挿状態で巻回されている。即ち、第二の発電素子１８は、磁歪素子でないものの、振動発電装置１０へ振動が及ぼされた際には、上述のように磁束変化が生ぜしめられることから、かかる第二の発電素子１８に生ぜしめられる磁気エネルギーとしての磁束変化が、第二のコイル２８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。そして、この第二のコイル２８を通じて得られた電気エネルギーが、第一のコイル２０と同様に、外部へ取り出されるようになっている。 In the present embodiment, the second coil 28 is wound around the second power generation element 18 in an extrapolated state. That is, although the second power generation element 18 is not a magnetostrictive element, when vibration is applied to the vibration power generation apparatus 10, the magnetic flux changes as described above. A change in magnetic flux as generated magnetic energy is converted into electromotive force as electric energy by the second coil 28. The electrical energy obtained through the second coil 28 is extracted to the outside in the same manner as the first coil 20.
なお、図１，２では、第一の発電素子１６と第二の発電素子１８が略同じ形状で示されているが、異なっていても良く、円形断面や矩形断面などの断面形状も各別に任意に採用され得る。また、これら第一及び第二の発電素子１６，１８は、全長に亘って一定の断面形状である必要もないし、長さ方向に湾曲等していても良い。更にまた、図１，２では、第一の発電素子１６と第二の発電素子１８が略平行に延びる状態で配されているが、相互に平行配置されていなくても良い。 In FIGS. 1 and 2, the first power generation element 16 and the second power generation element 18 are shown in substantially the same shape, but they may be different, and the cross-sectional shapes such as a circular cross section and a rectangular cross section may be different. It can be arbitrarily adopted. The first and second power generating elements 16 and 18 do not need to have a constant cross-sectional shape over the entire length, and may be curved in the length direction. Furthermore, in FIGS. 1 and 2, the first power generation element 16 and the second power generation element 18 are arranged in a substantially extending state, but they may not be arranged in parallel to each other.
尤も、本実施形態の振動発電装置１０は、振動部材１１に対して片持梁構造をもって装着されて、振動部材１１における振動が曲げ方向の加振力として作用せしめられることとなる。それ故、第一及び第二の発電素子１６，１８の並設面である図１の紙面と略平行な平面内で曲げ方向の加振力が及ぼされるようにすると共に、第一及び第二の発電素子１６，１８が振動部材１１の振動方向に対して略直交する方向に延びる状態で、第一の発電素子１６と第二の発電素子１８を互いに略平行に配置することが望ましい。 However, the vibration power generation apparatus 10 of the present embodiment is attached to the vibration member 11 with a cantilever structure, and the vibration in the vibration member 11 acts as an excitation force in the bending direction. Therefore, an excitation force in the bending direction is exerted in a plane substantially parallel to the paper surface of FIG. 1 which is a parallel surface of the first and second power generating elements 16 and 18, and the first and second power generation elements 16 and 18. It is desirable to arrange the first power generation element 16 and the second power generation element 18 substantially in parallel with each other in a state in which the power generation elements 16 and 18 extend in a direction substantially orthogonal to the vibration direction of the vibration member 11.
これにより、振動部材１１における直線的な往復加振力を、振動発電装置１０の曲げ方向の加振力として高効率で及ぼすことができると共に、振動発電装置１０の曲げ方向の振動変形に基づいて第一の発電素子１６と第二の発電素子１８に対して圧縮応力およびと引張応力をより効率的に交互に惹起せしめことが可能になる。その結果、第一の発電素子１６における主動的な磁束変化量を一層効率的に生ぜしめて、第一及び第二の発電素子１６，１８の磁束変化ひいては第一及び第二のコイル２０，２８によって取得される電気エネルギーの増大を図ることが可能になる。特に、本実施形態では、第一及び第二の発電素子１６，１８の両端が取付側部材１２およびマス側部材１４によって固定されており、これらにより複合構造の振動変形部材が構成されている。これにより、かかる振動変形部材に対して振動が及ぼされることにより、第一の発電素子１６および第二の発電素子１８の一方に圧縮変形が生ぜしめられる一方、他方に引張変形が生ぜしめられる。このように、第一及び第二の発電素子１６，１８に対して一体として振動が加えられることにより、圧縮および引張変形が更に容易に惹起され得る。 As a result, the linear reciprocating excitation force in the vibration member 11 can be exerted with high efficiency as the excitation force in the bending direction of the vibration power generation apparatus 10 and based on the vibration deformation in the bending direction of the vibration power generation apparatus 10. It becomes possible to cause the compressive stress and the tensile stress to be alternately and efficiently caused to the first power generation element 16 and the second power generation element 18. As a result, the main dynamic flux change amount in the first power generation element 16 is more efficiently generated, and the magnetic flux change in the first and second power generation elements 16 and 18, and the first and second coils 20 and 28. It is possible to increase the acquired electrical energy. In particular, in the present embodiment, both ends of the first and second power generation elements 16 and 18 are fixed by the attachment side member 12 and the mass side member 14, thereby constituting a composite structure vibration deformation member. As a result, vibration is exerted on the vibration deforming member, so that one of the first power generating element 16 and the second power generating element 18 causes compressive deformation, while the other generates tensile deformation. As described above, the vibration is applied to the first and second power generation elements 16 and 18 as one body, whereby compression and tensile deformation can be more easily caused.
なお、ヨーク部材２２は、例えばその剛性を利用して、振動入力時に第一の発電素子１６に圧縮及び引張方向の応力を生ぜしめる強度部材として利用することも可能であるが、本実施形態では、第一及び第二の発電素子１６，１８の側方に配されており、第一の発電素子１６に変形抵抗を及ぼして発生応力ひいては振動エネルギーから電気エネルギーへの変換効率を低下させるおそれがある。そこで、本実施形態では、かかるヨーク部材２２として、曲げ剛性が小さい材質や断面係数の小さい構造を採用することが望ましい。また、後述するように、ヨーク部材２２の一端側を第一及び第二の発電素子１６，１８に対して隙間等を隔てて配置して相対変位可能に構成することも可能である。 The yoke member 22 can also be used as a strength member that generates stress in the compression and tension directions on the first power generation element 16 at the time of vibration input, for example, using its rigidity. Further, the first and second power generating elements 16 and 18 are arranged on the sides of the first power generating element 16 and may cause deformation resistance to the first power generating element 16 to reduce the generated stress and thus the conversion efficiency from vibration energy to electrical energy. is there. Therefore, in this embodiment, it is desirable to employ a material having a low bending rigidity or a structure having a small section modulus as the yoke member 22. Further, as will be described later, one end side of the yoke member 22 may be disposed with a gap or the like with respect to the first and second power generation elements 16 and 18 so as to be relatively displaceable.
上述の如き構造とされた本実施形態の振動発電装置１０では、磁歪素子からなる第一の発電素子１６と並列的磁気回路を構成するように第二の発電素子１８を配したことにより、振動入力に際して、第一の発電素子１６に生ぜしめられる主動的な磁束変化と併せて、第二の発電素子１８にも受動的な磁束変化が生ぜしめられる。それ故、希少な磁歪材料を多く必要とすることなく、単なる磁性材料からなる第二の発電素子１８を巧く利用して、第一の発電素子１６と第一のコイル２０のみからなる場合に比してより効率的に振動エネルギーを電気エネルギーに変換して大きな起電力を取得することが可能になるのである。 In the vibration power generation apparatus 10 of the present embodiment having the above-described structure, the first power generation element 16 made of a magnetostrictive element and the second power generation element 18 are arranged so as to form a parallel magnetic circuit. At the time of input, a passive magnetic flux change is also generated in the second power generating element 18 together with a main dynamic magnetic flux change generated in the first power generating element 16. Therefore, when the second power generation element 18 made of a simple magnetic material is skillfully used without requiring a large amount of rare magnetostrictive material, and only the first power generation element 16 and the first coil 20 are used. In comparison, vibration energy can be converted into electric energy more efficiently and a large electromotive force can be obtained.
なお、第一の発電素子１６と第二の発電素子１８は、磁気回路上で磁束を相互補完的に導く並列回路を構成している。従って、第一の発電素子１６および第二の発電素子１８におけるそれぞれの磁束および磁束変化量を効率的に確保するには、並列磁路において、第一の発電素子１６側の磁路における磁気抵抗Ｒ１の最小値Ｒ１min と最大値Ｒ１max と、第二の発電素子１８側の磁路における磁気抵抗Ｒ２が、下式の関係を満足することが望ましい。尤も、本実施形態では、第一の発電素子１６と第二の発電素子１８が各単独で並列磁路を構成していることから、第一の発電素子１６自体の磁気抵抗をＲ１、第二の発電素子１８自体の磁気抵抗をＲ２として設定することができる。
Ｒ１min ＊１．２≦Ｒ２≦Ｒ１max ＊０．８
The first power generation element 16 and the second power generation element 18 constitute a parallel circuit that guides magnetic fluxes complementarily on the magnetic circuit. Therefore, in order to efficiently secure the respective magnetic fluxes and magnetic flux variations in the first power generation element 16 and the second power generation element 18, the magnetic resistance in the magnetic path on the first power generation element 16 side in the parallel magnetic path. It is desirable that the minimum value R1 min and the maximum value R1 max of R1 and the magnetic resistance R2 in the magnetic path on the second power generating element 18 side satisfy the following relationship. However, in the present embodiment, since the first power generating element 16 and the second power generating element 18 each independently form a parallel magnetic path, the magnetic resistance of the first power generating element 16 itself is R1, The magnetic resistance of the power generating element 18 itself can be set as R2.
R1 min * 1.2 ≦ R2 ≦ R1 max * 0.8
また、第一の発電素子１６の磁気抵抗が最小になった場合の第二の発電素子１８の磁束Φ２min と、第一の発電素子１６の磁気抵抗が最大になった場合の第二の発電素子１８の磁束Φ２max は、それぞれ下式で表される。なお、Φはバイアス磁束である。
Φ２min ＝Ｒ１min ／（Ｒ１min ＋Ｒ２）＊Φ
Φ２max ＝Ｒ１max ／（Ｒ１max ＋Ｒ２）＊Φ
Further, the magnetic flux Φ2 min of the second power generation element 18 when the magnetic resistance of the first power generation element 16 is minimized, and the second power generation when the magnetic resistance of the first power generation element 16 is maximum. The magnetic flux Φ2 max of the element 18 is expressed by the following formula, respectively. Note that Φ is a bias magnetic flux.
Φ2 min = R1 min / (R1 min + R2) * Φ
Φ2 max = R1 max / (R1 max + R2) * Φ
従って、これら両磁束Φ２min ，Φ２max の差として表される第二の発電素子１８の磁束変化量について、それが最大値となる条件式として下式を得ることができる。
Ｒ２＝√（Ｒ１max ＊Ｒ１min ）
それ故、第二の発電素子１８における磁気抵抗Ｒ２の値は、√（Ｒ１max ＊Ｒ１min ）の値を指標として所定の範囲内、例えば０．８〜１．２倍の範囲内に設定することが好適である。
Therefore, the following equation can be obtained as a conditional expression for the maximum amount of change in the magnetic flux of the second power generation element 18 expressed as the difference between the two magnetic fluxes Φ2 min and Φ2 max .
R2 = √ (R1 max * R1 min )
Therefore, the value of the magnetic resistance R2 in the second power generation element 18 is set within a predetermined range, for example, a range of 0.8 to 1.2 times, with the value of √ (R1 max * R1 min ) as an index. Is preferred.
また、第一の発電素子１６の主動的な磁気抵抗変化に伴って第二の発電素子１８に惹起される受動的な磁気抵抗変化を十分に確保するには、第二の発電素子１８において十分な磁束変化量が許容されるべきである。それ故、第一の発電素子１６の飽和磁化Ｍｓ１に対して、第二の発電素子１８の飽和磁化Ｍｓ２が下式を満たしていることが望ましい。
Ｍｓ１＊０．４≦Ｍｓ２
Further, in order to sufficiently secure the passive magnetoresistance change induced in the second power generation element 18 due to the main dynamic magnetoresistance change of the first power generation element 16, the second power generation element 18 is sufficient. Magnetic flux change should be allowed. Therefore, it is desirable that the saturation magnetization Ms2 of the second power generation element 18 satisfies the following expression with respect to the saturation magnetization Ms1 of the first power generation element 16.
Ms1 * 0.4 ≦ Ms2
なお、第一の発電素子１６に対して第二の発電素子１８の断面積を異ならせて設定することができる場合には、第一の発電素子１６の断面積Ａ１と第二の発電素子１８の断面積Ａ２を考慮して、上式は下記のとおり書き換えることができる。
Ｂｍ１＊Ａ１＊０．４≦Ｂｍ２＊Ａ２
なお、上式中、Ｂｍ１は第一の発電素子１６の飽和磁束密度、Ｂｍ２は第二の発電素子１８の飽和磁束密度である。
When the cross-sectional area of the second power generating element 18 can be set differently with respect to the first power generating element 16, the cross-sectional area A1 of the first power generating element 16 and the second power generating element 18 are set. In consideration of the cross sectional area A2, the above equation can be rewritten as follows.
Bm1 * A1 * 0.4 ≦ Bm2 * A2
In the above equation, Bm1 is the saturation magnetic flux density of the first power generation element 16, and Bm2 is the saturation magnetic flux density of the second power generation element 18.
更にまた、バイアス磁束Φは、小さすぎると発電効率が低下する一方、大きすぎると第二の発電素子１８側の磁束変化量ひいては発電効率が低下するおそれがある。そこで、バイアス磁界におけるバイアス磁束Φは、第一の発電素子１６側の磁路における磁気抵抗Ｒ１の最小値Ｒ１min と最大値Ｒ１max に対して、下式を満足するように設定することが望ましい。
Φ’＊０．４≦Φ≦Φ’＊１．５
Φ’＝（（√（Ｒ１max ＊Ｒ１min ）＋Ｒ１min ）／√（Ｒ１max ＊Ｒ１min ））
＊Ｍｓ１
ただし、上式中、Ｍｓ１は第一の発電素子の飽和磁化である。
また、第二の発電素子１８側における受動的な磁束変化量が許容されるように、第二の発電素子１８側の飽和磁化は、第一の発電素子１６側の飽和磁化以上に確保されることが望ましく、同じ断面積を前提とする場合には、第二の発電素子１８の飽和磁束密度が第一の発電素子１６の飽和磁束密度以上に設定されることが望ましい。
Furthermore, if the bias magnetic flux Φ is too small, the power generation efficiency is lowered. On the other hand, if the bias magnetic flux Φ is too large, the amount of change in the magnetic flux on the second power generation element 18 side and thus the power generation efficiency may be lowered. Therefore, the bias magnetic flux Φ in the bias magnetic field is desirably set so as to satisfy the following expression with respect to the minimum value R1 min and the maximum value R1 max of the magnetic resistance R1 in the magnetic path on the first power generating element 16 side. .
Φ '* 0.4 ≦ Φ ≦ Φ' * 1.5
Φ ′ = ((√ (R1 max * R1 min ) + R1 min ) / √ (R1 max * R1 min ))
* Ms1
However, in the above formula, Ms1 is the saturation magnetization of the first power generating element.
Further, the saturation magnetization on the second power generation element 18 side is ensured more than the saturation magnetization on the first power generation element 16 side so that a passive magnetic flux change amount on the second power generation element 18 side is allowed. When the same cross-sectional area is assumed, it is desirable that the saturation magnetic flux density of the second power generation element 18 is set to be equal to or higher than the saturation magnetic flux density of the first power generation element 16.
次に、図６〜７には、本発明の第二の実施形態としての磁歪素子利用の振動発電装置３０が示されていると共に、図８には、かかる振動発電装置３０の磁気回路構成がモデル的に示されている。 Next, FIGS. 6 to 7 show a vibration power generator 30 using a magnetostrictive element as a second embodiment of the present invention, and FIG. 8 shows a magnetic circuit configuration of the vibration power generator 30. It is shown as a model.
本実施形態の振動発電装置３０は、第一の実施形態において第一の発電素子１６側の磁路と並列的に設けられた第二の発電素子１８側の磁路の別態様を例示するものである。それ故、第一の実施形態と同様な構造とされた部材および部位については、それぞれ、図中に第一の実施形態と同じ符号を付することにより詳細な説明を省略する。 The vibration power generation apparatus 30 of this embodiment illustrates another aspect of the magnetic path on the second power generation element 18 side provided in parallel with the magnetic path on the first power generation element 16 side in the first embodiment. It is. Therefore, members and parts having the same structure as that of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment in the drawings, and detailed description thereof is omitted.
すなわち、本実施形態では、第一の発電素子１６側の磁路と並列的に設けられた第二の発電素子１８側の磁路において、第二の発電素子１８と直列的に非磁性の特性を有する抵抗部材３２が配設されている。具体的に例示すると、図８に示されているように、第一の発電素子１６として鉄−ガリウム合金からなる磁歪素子を採用することとして、その比透磁率を１００とする一方、第二の発電素子１８としてフェライト系ステンレスからなる軟磁性材を採用することとして、その比透磁率を５００とした場合に、かかる抵抗部材３２として比透磁率が１の非磁性材を介在させることができる。 That is, in the present embodiment, the magnetic path on the second power generation element 18 side provided in parallel with the magnetic path on the first power generation element 16 side is non-magnetic in series with the second power generation element 18. A resistance member 32 having the above is disposed. Specifically, as shown in FIG. 8, as the first power generation element 16, a magnetostrictive element made of an iron-gallium alloy is adopted, and the relative permeability is set to 100, while the second By adopting a soft magnetic material made of ferritic stainless steel as the power generation element 18, when the relative permeability is 500, a nonmagnetic material having a relative permeability of 1 can be interposed as the resistance member 32.
そして、この抵抗部材３２を介在させたことにより、比透磁率が大きい第二の発電素子１８を採用しつつ、第二の発電素子１８側の磁路の磁気抵抗を増大させることが出来るのである。これにより、互いに並列的な磁路を構成する第一の発電素子１６側の磁気抵抗と第二の発電素子１８側の磁気抵抗とを、抵抗部材３２により相対的に調節することが可能になる。なお、抵抗部材３２としては、合成樹脂の他、非磁性や反磁性を示す金属などを採用することも可能である。 By interposing the resistance member 32, the magnetic resistance of the magnetic path on the second power generation element 18 side can be increased while adopting the second power generation element 18 having a large relative permeability. . As a result, it is possible to relatively adjust the magnetic resistance on the first power generation element 16 side and the magnetic resistance on the second power generation element 18 side, which constitute magnetic paths parallel to each other, by the resistance member 32. . In addition, as the resistance member 32, it is also possible to employ a nonmagnetic or diamagnetic metal other than a synthetic resin.
その結果、第一の実施形態において好適なチューニング範囲として例示した前述の各条件式を満足するように設定することが容易になって、より高度な発電効率を得ることが可能になる。しかも、抵抗部材３２を設けたことにより、第二の発電素子１８の材質や形状等の設計自由度も大きく確保され得て、例えば製造の容易化や製造コストの低減等を図ることも容易になる。 As a result, it becomes easy to set so as to satisfy the above-described conditional expressions exemplified as suitable tuning ranges in the first embodiment, and it becomes possible to obtain higher power generation efficiency. In addition, by providing the resistance member 32, the degree of freedom in design of the material and shape of the second power generation element 18 can be secured greatly, and for example, it is easy to facilitate manufacturing, reduce manufacturing cost, and the like. Become.
なお、第二の発電素子１８側の磁気抵抗を調節する具体的態様は、第二の実施形態に限定的に解釈されるものでない。具体的には、例えば図９（ａ）〜（ｃ）に示す如き態様が、第二の実施形態における第二の発電素子１８側の磁気抵抗を調節する構造として、何れも、第二の実施形態において第二の発電素子１８側に設けられた抵抗部材３２に代えて又は加えて、採用することが可能である。 The specific mode for adjusting the magnetic resistance on the second power generation element 18 side is not limited to the second embodiment. Specifically, for example, as shown in FIGS. 9A to 9C, the structure for adjusting the magnetic resistance on the second power generation element 18 side in the second embodiment is the second embodiment. In the embodiment, it is possible to adopt instead of or in addition to the resistance member 32 provided on the second power generation element 18 side.
すなわち、図９（ａ）に示されているように、第二の発電素子１８を、その有効断面積を十分に小さく設定した軟磁性材等で構成することにより、小さな断面積によって磁気抵抗を大きく調節することも可能である。そして、小さな断面積の第二の発電素子１８における強度や剛性は、重ね合わせるように設けた非磁性材からなる補強部材３４で確保することができる。 That is, as shown in FIG. 9A, by configuring the second power generating element 18 with a soft magnetic material or the like whose effective cross-sectional area is set sufficiently small, the magnetoresistance is reduced with a small cross-sectional area. Large adjustment is also possible. The strength and rigidity of the second power generation element 18 having a small cross-sectional area can be ensured by the reinforcing member 34 made of a nonmagnetic material provided to be overlapped.
また、図９（ｂ）には、第二の発電素子１８が、磁路の長さ方向で複数（図示では２つ）に分断された軟磁性材１８ａ，１８ｂで構成されることで、各分断部分に設定された磁気ギャップにて磁気抵抗を大きく調節した態様が例示されている。なお、本実施形態において第二の発電素子１８の強度や剛性は、軟磁性材１８ａ，１８ｂの分断部分を非磁性材からなる連結部材３６で相互に連結固定することによって確保されている。 Further, in FIG. 9B, each of the second power generation elements 18 is composed of soft magnetic materials 18a and 18b divided into a plurality (two in the drawing) in the length direction of the magnetic path. A mode in which the magnetic resistance is largely adjusted by the magnetic gap set in the divided portion is illustrated. In the present embodiment, the strength and rigidity of the second power generation element 18 are ensured by connecting and fixing the divided portions of the soft magnetic materials 18a and 18b to each other with a connecting member 36 made of a nonmagnetic material.
更にまた、図９（ｃ）には、第二の発電素子１８自体に肉抜状のスリットや薄肉部を設けることにより、全体として強度や剛性を確保しつつ、有効断面積を小さくすることで磁気抵抗を大きく調節可能にした態様が例示されている。なお、第二の発電素子１８に設けるスリットや薄肉部の具体的形状や大きさ等は、何等限定されるものでない。 Furthermore, in FIG. 9C, the second power generating element 18 itself is provided with a hollow slit or a thin wall portion, thereby ensuring the strength and rigidity as a whole and reducing the effective sectional area. A mode in which the magnetic resistance can be largely adjusted is illustrated. In addition, the specific shape and size of the slit and the thin portion provided in the second power generation element 18 are not limited at all.
さらに、前記第一及び第二の実施形態では、第二の発電素子１８にも振動入力に伴う外力が及ぼされるようになっており、また、第一の発電素子１６と機械的にも並設構造とされて、曲げ方向の振動入力に際して第一の発電素子１６に圧縮／引張方向の応力を生ぜしめる強度部材として作用するようになっていた。しかし、かかる第二の発電素子１８は、そもそも、変形や応力に基づいて主動的に磁束変化を生ずるものでないことから、変形や応力が生ぜしめられる構造である必要はない。第二の発電素子１８に対して振動入力が積極的に及ぼされない構造とした態様を、以下に実施形態として幾つか例示する。 Furthermore, in the first and second embodiments, the second power generation element 18 is also subjected to an external force due to vibration input, and mechanically juxtaposed with the first power generation element 16. As a structure, it acts as a strength member that generates stress in the compression / tensile direction on the first power generating element 16 when vibration is input in the bending direction. However, the second power generation element 18 does not need to have a structure in which deformation or stress is generated because the second power generation element 18 does not generate a magnetic flux change mainly based on deformation or stress. Several embodiments of the structure in which vibration input is not positively applied to the second power generation element 18 will be described below as embodiments.
図１０〜１１に示された本発明の第三の実施形態としての磁歪素子利用の振動発電装置４０は、振動部材４１が図中の左右方向に往復振動するものであり、片持梁構造をもって図中で上方に突出して設けられた振動発電装置４０は、取付側部材１２とマス側部材１４の間に跨がって並列的に延びるように設けられた第一の発電素子１６と強度部材４２を備えている。そして、振動方向となる図中の左右方向へのマス側部材１４の揺動変位に際して、第一の発電素子１６と強度部材４２とが協働して変形することとなり全体的な断面係数が大きくされて、第一の発電素子１６には圧縮／引張方向の変形と応力が生ぜしめられるようになっている。 A vibration power generation apparatus 40 using a magnetostrictive element as a third embodiment of the present invention shown in FIGS. 10 to 11 is such that a vibration member 41 reciprocates in the left-right direction in the figure, and has a cantilever structure. The vibration power generation device 40 provided so as to protrude upward in the drawing includes a first power generation element 16 and a strength member provided so as to extend in parallel across the attachment side member 12 and the mass side member 14. 42 is provided. When the mass side member 14 swings and moves in the left-right direction in the figure, which is the vibration direction, the first power generating element 16 and the strength member 42 are deformed in cooperation, and the overall section coefficient is large. Thus, deformation and stress in the compression / tensile direction are generated in the first power generation element 16.
一方、第一の発電素子１６には、第二の発電素子１８が並列的な磁路を構成するように設けられている。この第二の発電素子１８の一方の端部は、永久磁石４４を介して、第一の発電素子１６と並列的に、ヨーク部材４６の一方の端部に固定されている。また、第二の発電素子１８の他方の端部は、第一の発電素子１６と並列的に、ヨーク部材４６の他方の端部に対して磁気的に接続されている。なお、磁気的な接続構造として、本実施形態では、隙間を隔てて対向配置された構造が採用されており、第二の発電素子１８やヨーク部材４６に対して、振動外力が直接には及ぼされないようになっている。 On the other hand, the first power generation element 16 is provided with a second power generation element 18 so as to form a parallel magnetic path. One end of the second power generation element 18 is fixed to one end of the yoke member 46 in parallel with the first power generation element 16 via a permanent magnet 44. The other end of the second power generation element 18 is magnetically connected to the other end of the yoke member 46 in parallel with the first power generation element 16. As the magnetic connection structure, in the present embodiment, a structure is used that is opposed to each other with a gap therebetween, and a vibration external force is directly applied to the second power generation element 18 and the yoke member 46. Not to be.
また、図１２に示された本発明の第四の実施形態としての磁歪素子利用の振動発電装置５０は、第三の実施形態と同様に振動部材４１が図中の左右方向に往復振動するものであって、取付側部材１２とマス側部材１４の間に跨がって並列的に延びるようにして、２本の第一の発電素子１６，１６が設けられている。そして、これら２本の第一の発電素子１６，１６が相互に補強部材として機能することで、振動入力に際して第一の発電素子１６に圧縮／引張方向の変形と応力が生ぜしめられるようになっている。 Further, in the vibration power generation device 50 using a magnetostrictive element as the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 12, the vibration member 41 reciprocates in the left-right direction in the figure as in the third embodiment. And the two 1st electric power generation elements 16 and 16 are provided so that it may extend across in parallel between the attachment side member 12 and the mass side member 14. As shown in FIG. The two first power generation elements 16 and 16 function as a reinforcing member, so that deformation and stress in the compression / tensile direction are generated in the first power generation element 16 when vibration is input. ing.
一方、それぞれの第一の発電素子１６には、第三の実施形態と同様に、第二の発電素子１８が並列的な磁路を構成するように設けられている。また、それぞれ対を為す第一の発電素子１６と第二の発電素子１８には、図１１に示されている振動発電装置４０と同様な構造をもって、ヨーク部材４６が配されてバイアス磁路が構成されている。即ち、本実施形態においても、第二の発電素子１８やヨーク部材４６には、振動外力が直接には及ぼされない。 On the other hand, each first power generation element 16 is provided with a second power generation element 18 so as to form a parallel magnetic path, as in the third embodiment. Further, the first power generation element 16 and the second power generation element 18 that form a pair have a structure similar to that of the vibration power generation apparatus 40 shown in FIG. It is configured. That is, also in the present embodiment, the vibration external force is not directly applied to the second power generation element 18 and the yoke member 46.
さらに、図１３〜１４に示された本発明の第五の実施形態としての振動発電装置６０は、前記第三の実施形態における強度部材４２の機能が、振動部材を利用して発揮されるようになっている。即ち、長手状の第一の発電素子１６が、平板状の振動部材６１の表面に沿って延びる状態で所定距離を隔てて配されている。かかる振動部材６１は、表面が湾曲するような曲げ変形を伴う振動が生ぜしめられるものとされている。第一の発電素子１６の長さ方向の両端は、それぞれ、所定厚さのスペーサ６２を介して、振動部材６１の表面に重ね合わされており、固定用ボルト６３ａ，６３ｂによって、振動部材６１の互いに離隔した部位に固定されている。 Furthermore, in the vibration power generation apparatus 60 as the fifth embodiment of the present invention shown in FIGS. 13 to 14, the function of the strength member 42 in the third embodiment is exhibited using the vibration member. It has become. That is, the long first power generation elements 16 are arranged at a predetermined distance in a state of extending along the surface of the flat plate-like vibration member 61. The vibration member 61 is configured to generate vibration accompanied by bending deformation such that the surface is curved. Both ends in the length direction of the first power generating element 16 are superimposed on the surface of the vibration member 61 via spacers 62 having a predetermined thickness, and the vibration members 61 are mutually connected by fixing bolts 63a and 63b. It is fixed at a remote site.
これにより、振動部材６１における曲げ振動が、スペーサ６２の厚さを利用して増幅されて、第一の発電素子１６に対して長さ方向の圧縮／引張変形を生ぜしめるようになっている。従って、本実施形態では、第三の実施形態における強度部材４２を設けることなく、振動部材６１の振動を第一の発電素子１６に及ぼすことで、第一の発電素子１６に圧縮／引張応力を有効に生ぜしめることができる。 As a result, the bending vibration in the vibration member 61 is amplified using the thickness of the spacer 62, causing the first power generation element 16 to undergo compression / tensile deformation in the length direction. Therefore, in this embodiment, without providing the strength member 42 in the third embodiment, the vibration of the vibration member 61 is exerted on the first power generation element 16, thereby applying a compression / tensile stress to the first power generation element 16. It can be produced effectively.
また、本実施形態では、第二の発電素子１８が、第一の発電素子１６に沿って長さ方向に延びるようにして、第一の発電素子１６と並列的に離隔して配されている。そして、第二の発電素子１８の一方の端部が、第一の発電素子１６の一方の端部に重ね合わされて、固定用ボルト６３ａにより、振動部材６１に対して固定されている。また、第二の発電素子１８の他方の端部は、第二の発電素子１６の他方の端部に対して隙間を隔てて磁気的に接続された状態で、相対変位可能に対向配置されている。 In the present embodiment, the second power generation element 18 is arranged in parallel with the first power generation element 16 so as to extend in the length direction along the first power generation element 16. . One end portion of the second power generation element 18 is overlapped with one end portion of the first power generation element 16 and is fixed to the vibration member 61 by a fixing bolt 63a. Further, the other end of the second power generation element 18 is opposed to the other end of the second power generation element 16 so as to be relatively displaceable while being magnetically connected with a gap therebetween. Yes.
更にまた、第一及び第二の発電素子１６，１８には、側方に離隔して延びるヨーク部材６４が並設されている。そして、ヨーク部材６４の一方の端部が、永久磁石６６を挟んで、第一及び第二の発電素子１６，１８の一方の端部に対して磁気的に接続されていると共に、ヨーク部材６４の他方の端部が、第一及び第二の発電素子１６，１８の他方の端部に対して磁気的に接続されている。これにより、全体として閉磁路構造の磁路が構成されており、かかる磁路上で、第一の発電素子１６と第二の発電素子１８が、互いに並列的な磁路を構成している。なお、第一の発電素子１６は、軸方向両端側において、ヨーク部材６４に対して直接に接続されているが、第二の発電素子１８は、軸方向一端側だけがヨーク部材６４に直接に接続されており、軸方向他端側はヨーク部材６４に対して所定の隙間からなる磁気抵抗調節機構を介して接続されている。 Furthermore, the first and second power generation elements 16 and 18 are provided with a yoke member 64 that extends in a laterally spaced manner. One end portion of the yoke member 64 is magnetically connected to one end portion of the first and second power generating elements 16 and 18 with the permanent magnet 66 interposed therebetween, and the yoke member 64. Is connected to the other ends of the first and second power generating elements 16 and 18 magnetically. Thereby, a magnetic path having a closed magnetic circuit structure is formed as a whole, and the first power generation element 16 and the second power generation element 18 form a parallel magnetic path on the magnetic path. The first power generating element 16 is directly connected to the yoke member 64 at both axial ends, but the second power generating element 18 is directly connected to the yoke member 64 only at one axial end side. The other end in the axial direction is connected to the yoke member 64 via a magnetoresistive adjustment mechanism having a predetermined gap.
このような構造とされた振動発電装置６０においては、強度部材を特別に設けなくても、振動部材における曲げ振動によって第一の発電素子１６に対して圧縮／引張変形が生ぜしめられ、逆磁歪作用による発電作用が有効に発揮される。また、第二の発電素子１８やヨーク部材６４には、振動外力が直接に及ぼされないようにされて、第一の発電素子１６における応力変化が一層効率的に惹起されるようになっている。 In the vibration power generation device 60 having such a structure, even if a strength member is not specially provided, the first power generation element 16 is subjected to compression / tensile deformation due to bending vibration in the vibration member, and the inverse magnetostriction is caused. The power generation action by the action is effectively exhibited. Further, a vibration external force is not directly applied to the second power generation element 18 and the yoke member 64 so that a stress change in the first power generation element 16 is more efficiently induced.
更にまた、図１５，１６には、本発明の第六の実施形態としての振動発電装置７０が示されている。本実施形態の振動発電装置７０では、第一の発電素子１６が、図中の上下方向に延びるロッド状とされていると共に、第二の発電素子１８もロッド状とされて、第一の発電素子１６の側方に所定距離を隔てて並設されている。なお、本実施形態では、第一の発電素子１６の両側において、一対の第二の発電素子１８，１８が配設されている。 15 and 16 show a vibration power generator 70 as a sixth embodiment of the present invention. In the vibration power generation apparatus 70 of the present embodiment, the first power generation element 16 has a rod shape extending in the vertical direction in the figure, and the second power generation element 18 has a rod shape, so that the first power generation element The elements 16 are arranged side by side at a predetermined distance. In the present embodiment, a pair of second power generation elements 18 and 18 are disposed on both sides of the first power generation element 16.
そして、第一の発電素子１６の下端はベース部材７１上に固定的に取り付けられた支持部材７２に固定されている一方、第一の発電素子１６の上端は、振動部材７３に対して固定的に取り付けられている。かかる振動部材７３は、ベース部材７１に対して、図中の上下方向で相互に接近および離隔する方向に振動変位せしめられるようになっている。そして、この振動部材７３の振動が第一の発電素子１６に対して、軸方向の圧縮／引張方向に直接に及ぼされるようになっている。 The lower end of the first power generation element 16 is fixed to a support member 72 fixedly mounted on the base member 71, while the upper end of the first power generation element 16 is fixed to the vibration member 73. Is attached. Such a vibration member 73 is oscillated and displaced with respect to the base member 71 in a direction approaching and separating from each other in the vertical direction in the figure. The vibration of the vibration member 73 is directly applied to the first power generating element 16 in the axial compression / tensile direction.
一方、第二の発電素子１８は、その下端が支持部材７２に固定されている一方、上端は、振動部材７３から離隔した自由端とされており、振動外力が及ぼされないようになっている。特に本実施形態では、第二の発電素子１８の上端は、第一の発電素子１６からも離隔した構造となっている。 On the other hand, the lower end of the second power generating element 18 is fixed to the support member 72, while the upper end is a free end separated from the vibration member 73 so that no vibration external force is exerted. In particular, in the present embodiment, the upper end of the second power generation element 18 has a structure separated from the first power generation element 16.
さらに、第一及び第二の発電素子１６，１８の側方には、上下方向に延びるヨーク部材７４が配されている。かかるヨーク部材７４は、下端が支持部材７２に固定されている一方、上端が振動部材７３から離隔した自由端とされており、接続部材７６を介して、第二の発電素子１８，１８の上端に対して固定的に連結されている。このように、強磁性材で形成されて磁路を構成するヨーク部材７４が設けられることで、全体として閉磁路構造の磁路が構成されており、かかる磁路上で、第一の発電素子１６と第二の発電素子１８，１８が、互いに並列的な磁路を構成している。 Further, a yoke member 74 extending in the vertical direction is disposed on the side of the first and second power generating elements 16 and 18. The yoke member 74 has a lower end fixed to the support member 72 and an upper end that is a free end separated from the vibration member 73, and the upper ends of the second power generation elements 18, 18 via the connection member 76. Are fixedly connected to each other. Thus, by providing the yoke member 74 formed of a ferromagnetic material and constituting the magnetic path, a magnetic path having a closed magnetic path structure is configured as a whole, and the first power generation element 16 is formed on the magnetic path. And the 2nd electric power generation elements 18 and 18 comprise the mutually parallel magnetic path.
また、かかる閉磁路構造の磁路上には、例えば図示されるようにヨーク部材７４の長さ方向中間部分などに位置して、永久磁石７８が配されており、磁路上にバイアス磁束が及ぼされるようになっている。なお、第二の発電素子１８は、軸方向両端側において、ヨーク部材７４に対して直接的に接続されているが、第一の発電素子１６は、軸方向下端側だけがヨーク部材７４に直接的に接続されており、軸方向上端側はヨーク部材７４に対して所定の隙間からなる磁気抵抗調節機構を介して接続されている。 In addition, on the magnetic path of the closed magnetic circuit structure, a permanent magnet 78 is disposed, for example, at a middle portion in the longitudinal direction of the yoke member 74 as shown in the figure, and a bias magnetic flux is exerted on the magnetic path. It is like that. The second power generation element 18 is directly connected to the yoke member 74 at both axial ends, but the first power generation element 16 is directly connected to the yoke member 74 only at the lower end in the axial direction. The upper end in the axial direction is connected to the yoke member 74 via a magnetoresistive adjustment mechanism having a predetermined gap.
本実施形態の振動発電装置７０においては、振動部材のベース部材に対する接近および離隔の外力が、第一の発電素子１６に対して圧縮／引張方向の振動外力として及ぼされる。従って、第一の実施形態等のように曲げ振動に際して圧縮／引張応力を生ぜしめるための強度部材等の特別な構造が不要となり、構造の簡略化が図られ得る。 In the vibration power generation apparatus 70 of the present embodiment, the external force that approaches and separates the vibration member from the base member is exerted as the vibration external force in the compression / tensile direction on the first power generation element 16. Therefore, a special structure such as a strength member for generating a compression / tensile stress during bending vibration as in the first embodiment is unnecessary, and the structure can be simplified.
また、第二の発電素子は単一でも３つ以上でも良いが、本実施形態のように複数設ければ各第二の発電素子の断面積を小さくすることもできる。なお、ヨーク部材や第二の発電素子に対しては外力が及ぼされないことが好ましい。蓋し、振動外力が及ぼされてもヨーク部材や第二の発電素子が主動的に磁束変化を生ずるものでないし、第一の発電素子にだけ振動外力を及ぼすことで振動エネルギーの電気エネルギーへの変換効率の一層の向上が図られ得るからである。 The second power generation element may be single or three or more. However, if a plurality of second power generation elements are provided as in the present embodiment, the cross-sectional area of each second power generation element can be reduced. It is preferable that no external force be exerted on the yoke member and the second power generation element. The yoke member and the second power generation element do not generate the magnetic flux change dynamically even if a vibration external force is applied, and the vibration energy is converted into the electric energy by applying the vibration external force only to the first power generation element. This is because the conversion efficiency can be further improved.
以上、本発明の実施形態について詳述してきたが、本発明は上述の実施形態における具体的な記載によって限定的に解釈されるものでない。 As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail, this invention is not limitedly interpreted by the specific description in the above-mentioned embodiment.
例えば、前記第二の実施形態等では、第二の発電素子１８側の磁路に対して磁気抵抗調節機構が採用されている一方、前記第六の実施形態では、第一の発電素子１６側の磁路に対して隙間からなる磁気抵抗調節機構が採用されていたが、互いに並列的な磁路を構成するそれら第一の発電素子１６側と第二の発電素子１８側との双方に少なくとも一つの磁気抵抗調節機構を採用して調節自由度の増大を図ることも可能である。 For example, in the second embodiment or the like, a magnetoresistive adjustment mechanism is employed for the magnetic path on the second power generation element 18 side, while in the sixth embodiment, the first power generation element 16 side is employed. The magnetic resistance adjusting mechanism having a gap with respect to the magnetic path of the first power generation element 16 and the second power generation element 18 side, which form a magnetic path parallel to each other, is employed. It is also possible to increase the degree of freedom of adjustment by employing one magnetoresistive adjustment mechanism.
１０，３０，４０，５０，６０，７０：（磁歪素子利用の）振動発電装置、１１，４１，６１，７３：振動部材、１６：第一の発電素子、１８：第二の発電素子、２０：第一のコイル、２２，４６，６４，７４：ヨーク部材、２４，４４，６６，７８：永久磁石、２６：接続ヨーク、２８：第二のコイル 10, 30, 40, 50, 60, 70: vibration power generation apparatus (using magnetostrictive element), 11, 41, 61, 73: vibration member, 16: first power generation element, 18: second power generation element, 20 : First coil, 22, 46, 64, 74: yoke member, 24, 44, 66, 78: permanent magnet, 26: connection yoke, 28: second coil
Claims (8)
磁歪材料からなり第一のコイルが巻かれた第一の発電素子と、磁歪材料でない磁性材料からなり第二のコイルが巻かれた第二の発電素子とに対して、磁石およびヨーク部材から及ぼされるバイアス磁界が並列的に及ぼされるようにして、
前記振動部材から及ぼされる振動により該第一の発電素子に惹起される前記バイアス磁界による磁束の変化を前記第一のコイルで電気エネルギーとして取り出されるようにすると共に、該第一の発電素子の圧縮及び引張変形に伴う磁束の変化により及ぼされる前記第二の発電素子の磁束の変化を前記第二のコイルで電気エネルギーとして取り出されるようにしたことを特徴とする磁歪素子利用の振動発電装置。 In a vibration power generator that is attached to a vibration member and converts vibration energy into electric energy using the inverse magnetostriction effect of the magnetostrictive material,
A magnet and a yoke member are applied to a first power generating element made of a magnetostrictive material and wound with a first coil, and a second power generating element made of a magnetic material that is not a magnetostrictive material and wound with a second coil. The bias magnetic field to be applied is applied in parallel,
A change in magnetic flux due to the bias magnetic field induced in the first power generation element due to vibration exerted from the vibration member is extracted as electric energy by the first coil, and compression of the first power generation element is performed. A magnetostrictive element-based vibration power generation apparatus characterized in that a change in magnetic flux of the second power generation element exerted by a change in magnetic flux accompanying tensile deformation is taken out as electric energy by the second coil.
前記振動部材による振動が該振動変形部材に対して曲げ方向に及ぼされた際に、該第一の発電素子および該第二の発電素子の一方に圧縮変形が生ぜしめられると共に他方に引張変形が生ぜしめられる請求項２に記載の磁歪素子利用の振動発電装置。 The first power generation element and the second power generation element are arranged in parallel with each other, and both end portions in the length direction are fixed to each other to constitute a composite structure vibration deformation member,
When vibration caused by the vibration member is exerted on the vibration deformation member in a bending direction, one of the first power generation element and the second power generation element causes compression deformation and the other undergoes tensile deformation. The vibration power generator using a magnetostrictive element according to claim 2, which is generated.
前記第一の発電素子側と前記第二の発電素子側との互いに並列的な磁路の少なくとも一方の磁路上に設けられた磁気ギャップと、
前記第一の発電素子側と前記第二の発電素子側との互いに並列的な磁路の少なくとも一方の磁路上に配置された非磁性材と、
前記第一の発電素子および前記第二の発電素子における相対的な形状差と
の、少なくとも一つが採用されている請求項４に記載の磁歪素子利用の振動発電装置。 As the magnetoresistive adjustment mechanism,
A magnetic gap provided on at least one of the magnetic paths parallel to each other on the first power generation element side and the second power generation element side;
A nonmagnetic material disposed on at least one of the magnetic paths parallel to each other on the first power generation element side and the second power generation element side;
5. The vibration power generation apparatus using a magnetostrictive element according to claim 4, wherein at least one of a relative shape difference between the first power generation element and the second power generation element is employed.
該第一の発電素子側の磁路における磁気抵抗Ｒ１の最小値Ｒ１min と最大値Ｒ１max に対して、該第二の発電素子側の磁路が下式で表される磁気抵抗Ｒ２を有している請求項１〜５の何れか一項に記載の磁歪素子利用の振動発電装置。
Ｒ１min ＊１．２≦Ｒ２≦Ｒ１max ＊０．８ In the magnetic paths parallel to each other on the first power generation element side and the second power generation element side,
With respect to the minimum value R1 min and the maximum value R1 max of the magnetic resistance R1 in the magnetic path on the first power generation element side, the magnetic path on the second power generation element side has a magnetic resistance R2 represented by the following equation. The vibration power generator using the magnetostrictive element according to any one of claims 1 to 5.
R1 min * 1.2 ≦ R2 ≦ R1 max * 0.8
Ｍｓ１＊０．４≦Ｍｓ２ The vibration power generation using the magnetostrictive element according to any one of claims 1 to 6, wherein the saturation magnetization Ms2 of the second power generation element satisfies the following expression with respect to the saturation magnetization Ms1 of the first power generation element. apparatus.
Ms1 * 0.4 ≦ Ms2
前記第一の発電素子側の磁路における磁気抵抗Ｒ１の最小値Ｒ１min および最大値Ｒ１maxに対して下式を満たしている請求項１〜７の何れか一項に記載の磁歪素子利用の振動発電装置。
Φ’＊０．４≦Φ≦Φ’＊１．５
Φ’＝（（√（Ｒ１max ＊Ｒ１min ）＋Ｒ１min ）／√（Ｒ１max ＊Ｒ１min ））
＊Ｍｓ１
上式中、Ｍｓ１は第一の発電素子の飽和磁化である。 The bias magnetic flux Φ in the bias magnetic field is
The magnetostrictive element utilization according to any one of claims 1 to 7, wherein the following equation is satisfied with respect to the minimum value R1 min and the maximum value R1 max of the magnetic resistance R1 in the magnetic path on the first power generation element side. Vibration power generator.
Φ '* 0.4 ≦ Φ ≦ Φ' * 1.5
Φ ′ = ((√ (R1 max * R1 min ) + R1 min ) / √ (R1 max * R1 min ))
* Ms1
In the above equation, Ms1 is the saturation magnetization of the first power generating element.
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