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WO2014168007A1 - 発電装置 - Google Patents

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Publication number
WO2014168007A1
WO2014168007A1 PCT/JP2014/058591 JP2014058591W WO2014168007A1 WO 2014168007 A1 WO2014168007 A1 WO 2014168007A1 JP 2014058591 W JP2014058591 W JP 2014058591W WO 2014168007 A1 WO2014168007 A1 WO 2014168007A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
magnetostrictive
magnetostrictive rod
power generation
rod
beam member
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/058591
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
憲一 古河
貴之 沼宮内
Original Assignee
ミツミ電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ミツミ電機株式会社 filed Critical ミツミ電機株式会社
Priority to EP14783493.1A priority Critical patent/EP2988410A4/en
Priority to US14/783,674 priority patent/US20160072410A1/en
Priority to JP2015511195A priority patent/JPWO2014168007A1/ja
Publication of WO2014168007A1 publication Critical patent/WO2014168007A1/ja

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/02—Permanent magnets [PM]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
    • H02N2/186—Vibration harvesters
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N35/00—Magnetostrictive devices
    • H10N35/101—Magnetostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. generators, sensors

Definitions

  • the present invention relates to a power generation device.
  • this power generator includes a pair of magnetostrictive rods provided together, a connecting yoke that connects these magnetostrictive rods, a coil that is provided so as to surround each magnetostrictive rod, and a permanent magnet that applies a bias magnetic field to the magnetostrictive rod. And a back yoke.
  • a pair of magnetostrictive rods function as opposing beams.
  • an external force is applied to the connecting yoke in a direction perpendicular to the axial direction of the pair of magnetostrictive rods, one of the magnetostrictive rods deforms to extend, and the other The magnetostrictive rod deforms so as to contract.
  • the density of magnetic lines passing through each magnetostrictive rod (magnetic flux density), that is, the density of magnetic lines passing through each coil changes, thereby generating a voltage in each coil.
  • a method of increasing the number of turns of the wire by reducing the wire diameter without changing the interval between the magnetostrictive rods can be considered, but if the wire is made thin, the resistance value of the coil becomes high and sufficient. It is difficult to pass an amount of current through the coil.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and its purpose is to make the stress generated in the magnetostrictive rod uniform while increasing the volume of the coil wound around the magnetostrictive rod,
  • An object of the present invention is to provide a power generation device capable of generating power efficiently.
  • Such an object is achieved by the present invention of the following (1) to (17).
  • a connecting portion comprising at least one beam member to be connected,
  • Each of the magnetostrictive elements is made of a magnetostrictive material, and includes a magnetostrictive rod that passes a magnetic line of force in the axial direction and a coil wound around the outer periphery of the magnetostrictive rod, and the other end is connected to one end of the magnetostrictive rod.
  • It is configured to generate a voltage in the coil by changing the density of the lines of magnetic force by expanding and contracting the magnetostrictive rod by relatively displacing in a direction substantially perpendicular to the axial direction,
  • the power generation device wherein the magnetostrictive rod of each magnetostrictive element and the beam member are arranged so as not to overlap each other in a plan view.
  • the coil includes a bobbin disposed on the outer peripheral side of the magnetostrictive rod so as to surround the magnetostrictive rod, and a wire wound around the bobbin.
  • the power generation device according to any one of (1) to (5), wherein a gap is formed at least on the other end side of the magnetostrictive rod between the magnetostrictive rod and the bobbin.
  • the spring constant of the beam member is A [N / m]
  • the number of the beam members is X [lines]
  • the spring constant of the magnetostrictive rod is B [N / m]
  • the number of the magnetostrictive rods is Y.
  • Each of the magnetostrictive elements further includes a first block body having a housing portion that houses one end portion of the magnetostrictive rod, and a second housing portion that houses the other end portion of the magnetostrictive rod.
  • the magnetostrictive rod has a flat plate shape
  • the magnetostrictive rod has a flat plate shape
  • a power generation device having at least one permanent magnet arranged such that the magnetization direction is a side direction in which the magnetostrictive element is provided;
  • the permanent magnet is disposed between at least one of the first block bodies of the magnetostrictive element and at least one of the second block bodies of the magnetostrictive element.
  • the power generation device including at least one permanent magnet arranged so that a magnetization direction is a side direction in which the magnetostrictive element is provided.
  • the interval between the magnetostrictive rods can be arbitrarily set. For this reason, by enlarging the space
  • FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a power generator of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the power generator shown in FIG. Fig.3 (a) is a side view of the electric power generating apparatus shown in FIG.
  • FIG. 3B is a diagram showing a state in which the coil is removed from each magnetostrictive element shown in FIG.
  • FIG. 4 is a plan view of the power generator shown in FIG.
  • FIG. 5 is a front view of the power generator shown in FIG.
  • FIG. 6 is a side view for explaining a state in which the power generator shown in FIG. 1 is attached to the vibrating body.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a power generator of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the power generator shown in FIG. Fig.3 (a) is a side view of the electric power generating apparatus shown in FIG.
  • FIG. 3B is a diagram showing a state in which the coil is removed from each
  • FIG. 7 is a side view schematically showing a state in which an external force is applied downward with respect to the distal end of one bar (one beam) whose base end is fixed to the housing.
  • FIG. 8 is a side view schematically showing a state in which an external force is applied downward to the distal ends of a pair of opposed parallel beams (parallel beams) whose base ends are fixed to the casing.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing stress (elongation stress, contraction stress) applied to a pair of parallel beams to which an external force is applied to the tip.
  • stress elongation stress, contraction stress
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the applied magnetic field (H) and the magnetic flux density (B) according to the generated stress in a magnetostrictive rod composed of a magnetostrictive material mainly composed of an iron-gallium alloy. It is.
  • FIG. 11 is a plan view illustrating another configuration example of the power generation device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a perspective view showing a second embodiment of the power generator of the present invention.
  • Fig.13 (a) is a side view of the electric power generating apparatus shown in FIG.
  • FIG.13 (b) is a figure which shows the state which removed the coil from each magnetostriction element shown to Fig.13 (a).
  • FIG. 13 (a) is a side view of the electric power generating apparatus shown in FIG.
  • FIG.13 (b) is a figure which shows the state which removed the coil from each magnetostriction element shown to Fig.13 (a).
  • FIG.13 (a) is a side view of
  • FIG. 14A is an analysis diagram in which the stress generated in the magnetostrictive rod and the beam member of the power generation apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 1 is analyzed.
  • FIG. 14B is an analysis diagram in which stress generated in the magnetostrictive rod and the beam member of the power generation apparatus of the present embodiment shown in FIG. 12 is analyzed.
  • FIG. 15 is a perspective view showing a third embodiment of the power generator of the present invention. 16 is an exploded perspective view of the power generation device shown in FIG.
  • FIG. 17A is a right side view of the power generation device shown in FIG.
  • FIG. 17B is a diagram showing a state where the coil is removed from each magnetostrictive element shown in FIG. 18 is a front view of the power generation device shown in FIG.
  • FIG.19 (a) is a right view which shows the state which attached the electric power generating apparatus (a coil is abbreviate
  • FIG.19 (b) is a figure which shows the state which provided the external force to the downward direction with respect to the front-end
  • FIG. 20 is an analysis diagram in which the stress generated in the magnetostrictive rod and the beam member of the power generator according to the third embodiment shown in FIG. 15 is analyzed.
  • FIG. 21 is a perspective view showing a fourth embodiment of the power generator of the present invention. 22 (a) and 22 (b) are perspective views showing a bobbin of a coil provided in the power generator shown in FIG. FIG.
  • FIG. 23A and FIG. 23B are perspective views showing a magnetostrictive rod and a coil included in the power generator shown in FIG.
  • FIG. 23 (c) is a perspective view showing a cross section of the magnetostrictive rod and coil of FIG. 23 (a) cut along line BB.
  • Fig.24 (a) is a side view for demonstrating the state which attached the electric power generating apparatus shown in FIG. 21 to the vibrating body.
  • FIG. 24B is a longitudinal sectional view (a sectional view taken along line AA in FIG. 21) of the power generation device shown in FIG. 21 attached to the vibrating body.
  • FIG. 25 is a side view showing another configuration example of the power generating device according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 (c) is a perspective view showing a cross section of the magnetostrictive rod and coil of FIG. 23 (a) cut along line BB.
  • Fig.24 (a) is a side view for demonstrating the state which attached the electric power generating apparatus shown
  • FIG. 26A shows the longitudinal direction of each region in the thickness direction of the magnetostrictive rod 2 when an external force is applied downward to the second block body 5 of the power generator 1 of the first embodiment. It is a graph which shows stress.
  • FIG.26 (b) is a graph which shows the result of having performed the measurement similar to FIG.26 (a) about the electric power generating apparatus 1 of Example 2.
  • FIG. FIG. 26C is a graph showing the results of the same measurement as in FIG. 26A for the power generator 1 of Example 3.
  • FIG.26 (d) is a graph which shows the result of having performed the measurement similar to FIG.26 (a) about the electric power generating apparatus 1 of Example 4.
  • FIG.26 (b) is a graph which shows the result of having performed the measurement similar to FIG.26 (a) about the electric power generating apparatus 1 of Example 2.
  • FIG.26 (d) is a graph which shows the result of having performed the measurement similar to FIG.26 (a) about the electric power generating apparatus 1 of Example 4.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a power generator according to the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the power generator shown in FIG. Fig.3 (a) is a side view of the electric power generating apparatus shown in FIG.
  • FIG. 3B is a diagram showing a state in which the coil is removed from each magnetostrictive element shown in FIG.
  • FIG. 4 is a plan view of the power generator shown in FIG.
  • FIG. 5 is a front view of the power generator shown in FIG.
  • FIG. 6 is a side view for explaining a state in which the power generator shown in FIG. 1 is attached to the vibrating body.
  • FIGS. 1, 2, 3 (a), 3 (b), 5 and 6 and the front side in FIG. 4 are referred to as “up” or “upward”, 1, 2, 3 (a), 3 (b), the lower side in FIGS. 5 and 6, and the back side in FIG. 4 are referred to as “lower” or “lower”.
  • 1 and 2 and the right side in FIGS. 3A, 3B, 4 and 6 are referred to as “tip”, and the left front side of FIG. 1 and FIG.
  • the left side in FIGS. 3A, 3B, 4 and 6 is referred to as a “base end”.
  • the power generation device 1 shown in FIGS. 1 and 2 includes two magnetostrictive elements 10 and 10 provided side by side, a connecting portion 7 that is provided on the upper side and connects the magnetostrictive elements 10 and 10, and the magnetostrictive elements 10 and 10. It has the permanent magnets 6 and 6 provided between them.
  • the magnetostrictive element 10 is made of a magnetostrictive material, and includes a magnetostrictive rod 2 that passes magnetic lines of force in the axial direction, a coil 3 wound around the outer periphery of the magnetostrictive rod 2, and a first end provided on the proximal end side of the magnetostrictive rod 2.
  • the block body 4 and the second block body 5 provided on the other end side of the magnetostrictive rod 2 are provided.
  • the magnetostrictive element 10 has a first block body 4 side (one end) as a fixed end and a second block body 5 side (the other end) as a movable end, and a direction substantially perpendicular to the axial direction (in FIG.
  • the magnetostrictive rod 2 expands and contracts due to this displacement.
  • the magnetic permeability of the magnetostrictive rod 2 changes due to the inverse magnetostrictive effect, and the density of the magnetic lines passing through the magnetostrictive rod 2 (the density of the magnetic lines passing through the coil 3) changes, whereby a voltage is generated in the coil 3.
  • the magnetostrictive rod 2 is made of a magnetostrictive material, and is arranged with the direction in which magnetization is likely to occur (direction of easy magnetization) as the axial direction.
  • the magnetostrictive rod 2 has a long flat plate shape, and passes lines of magnetic force in the axial direction thereof.
  • the first block body 4 is fixed to the proximal end portion 21, and the second block body 5 is fixed to the distal end portion 22.
  • Such a magnetostrictive rod 2 has a substantially constant thickness (cross-sectional area) along the axial direction.
  • the average thickness of the magnetostrictive rod 2 is not particularly limited, but is preferably about 0.3 to 10 mm, and more preferably about 0.5 to 5 mm.
  • the average cross-sectional area of the magnetostrictive rod 2 is preferably about 0.2 to 200 mm 2 , more preferably about 0.5 to 50 mm 2 . With this configuration, it is possible to reliably pass magnetic lines of force in the axial direction of the magnetostrictive rod 2.
  • the Young's modulus of the magnetostrictive material is preferably about 40 to 100 GPa, more preferably about 50 to 90 GPa, and further preferably about 60 to 80 GPa.
  • the magnetostrictive rod 2 can be expanded and contracted more greatly. For this reason, since the magnetic permeability of the magnetostrictive rod 2 can be changed more greatly, the electric power generation efficiency of the electric power generating apparatus 1 (coil 3) can be improved more.
  • Such a magnetostrictive material is not particularly limited, and examples thereof include an iron-gallium alloy, an iron-cobalt alloy, an iron-nickel alloy, and the like, and one or more of these can be used in combination. .
  • a magnetostrictive material mainly composed of an iron-gallium alloy (Young's modulus: about 70 GPa) is preferably used.
  • a magnetostrictive material whose main component is an iron-gallium alloy is easy to set in the Young's modulus range as described above.
  • the magnetostrictive material as described above preferably contains at least one of rare earth metals such as Y, Pr, Sm, Tb, Dy, Ho, Er, and Tm. Thereby, the change of the magnetic permeability of the magnetostriction stick
  • rod 2 can be enlarged more.
  • the coil 3 is wound (arranged) on the outer periphery of the magnetostrictive rod 2 so as to surround the portions excluding both end portions 21 and 22 thereof.
  • the coil 3 is configured by winding a wire 31 around the magnetostrictive rod 2. Thereby, the coil 3 is arrange
  • a voltage is generated in the coil 3 based on a change in magnetic permeability of the magnetostrictive rod 2, that is, a change in the density of magnetic lines of force (magnetic flux density) passing through the magnetostrictive rod 2.
  • the magnetostrictive elements 10 and 10 are provided not in the thickness direction but in the width direction, it is possible to design a large distance between them (the distance between the magnetostrictive rods 2 and 2). Therefore, a sufficient space for the coil 3 wound around the magnetostrictive rod 2 can be secured, and the number of turns can be increased even when the wire 31 having a relatively large cross-sectional area (wire diameter) is used.
  • a wire rod having a large wire diameter has a small resistance value (load impedance) and can efficiently flow a current, so that the voltage generated in the coil 3 can be used efficiently.
  • the voltage ⁇ generated in the coil 3 based on the change in the magnetic flux density of the magnetostrictive rod 2 is expressed by the following equation (1).
  • ⁇ N ⁇ ⁇ B / ⁇ T (1) (Where N is the number of turns of the wire 31, ⁇ B is the amount of change in magnetic flux passing through the lumen of the coil 3, and ⁇ T is the amount of change in time.)
  • the voltage generated in the coil 3 is proportional to the number of turns of the wire 31 and the amount of change in the magnetic flux density of the magnetostrictive rod 2 ( ⁇ B / ⁇ T).
  • the power generation efficiency of 1 can be improved.
  • fusion function to the copper base line the wire which coat
  • the number of windings of the wire 31 is not particularly limited, but is preferably about 1000 to 10,000, and more preferably about 2000 to 9000. Thereby, the voltage generated in the coil 3 can be further increased.
  • the cross-sectional area of the wire 31 is not particularly limited, but is preferably about 5 ⁇ 10 ⁇ 4 to 0.15 mm 2 , and more preferably about 2 ⁇ 10 ⁇ 3 to 0.08 mm 2 . Since the resistance value of such a wire 31 is sufficiently low, the current flowing through the coil 3 can be efficiently flowed to the outside by the generated voltage, and the power generation efficiency of the power generator 1 can be further improved.
  • the cross-sectional shape of the wire 31 may be any shape such as a polygon such as a triangle, a square, a rectangle, and a hexagon, a circle, and an ellipse.
  • a first block body 4 is provided on the proximal end side of the magnetostrictive rod 2.
  • the 1st block body 4 functions as a fixing
  • the magnetostrictive rod 2 is cantilevered with the base end as a fixed end and the tip as a movable end.
  • various vibrating bodies such as a duct for an air conditioning, are mentioned, for example. A specific example of the vibrating body will be described later.
  • the first block body 4 has a high-back portion 41 on the tip side and a low-back portion 42 having a height (thickness) smaller than that of the high-back portion 41.
  • the outer shape is stepped (stepped).
  • a slit 411 formed along the width direction is provided at the approximate center in the thickness direction of the high-profile portion 41, and the base end portion 21 of the magnetostrictive rod 2 is inserted into the slit 411.
  • a pair of female screw portions 412 that penetrates in the thickness direction are provided at both ends in the width direction of the high-profile portion 41.
  • a male screw 43 is screwed into each female screw portion 412.
  • a pair of female screw portions 421 penetrating in the thickness direction are provided at both ends in the width direction of the low profile portion 42, and male screws 44 are screwed into the respective female screw portions 421.
  • the first block body 4 can be fixed to the housing by screwing the male screw 44 into the housing or the like via the female screw portion 421.
  • a groove 422 extending in the width direction is formed on the lower surface of the low profile portion 42. Therefore, the first block body 4 is fixed to the vibrating body at two portions, that is, the base end side (the low back portion 42) and the tip end side (mainly the high back portion 41) sandwiching the groove 422. It becomes the structure which is easy to bend. Therefore, the vibration of the vibrating body can be efficiently transmitted to the distal end side (second block body 5) of the magnetostrictive rod 2 via the first block body 4. As a result, it is possible to efficiently apply an extension stress or a contraction stress to the magnetostrictive rod 2.
  • a second block body 5 is provided on the distal end side of the magnetostrictive rod 2.
  • the second block body 5 is a part that functions as a weight that applies external force or vibration to the magnetostrictive rod 2. Due to the vibration of the vibrating body, an external force or vibration in the vertical direction is applied to the second block body 5. As a result, the magnetostrictive rod 2 has its base end as a fixed end, and the tip reciprocates vertically (the tip is displaced relative to the base end).
  • the second block body 5 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and a slit formed along the width direction at a substantially central portion in the thickness direction on the base end side thereof. 501 is provided.
  • the tip 22 of the magnetostrictive rod 2 is inserted into the slit 501.
  • the length from the upper surface of the second block body 5 to the slit 501 is configured to be substantially equal to the length from the upper surface of the high-profile portion 41 of the first block body 4 to the slit 411. ing.
  • a pair of female screw portions 502 penetrating in the thickness direction are provided at both end portions in the width direction of the second block body 5, and male screws 53 are screwed into the respective female screw portions 502. To do.
  • the end portions 21 and 22 of the magnetostrictive rod 2 can be reliably fixed, respectively, and uniform stress is applied to the magnetostrictive rod 2.
  • the material is not particularly limited as long as it is a material having sufficient rigidity capable of imparting a magnetic field and having ferromagnetism capable of imparting a bias magnetic field from the permanent magnet 6 to the magnetostrictive rod 2.
  • Examples of the material having the above characteristics include pure iron (for example, JIS SUY), soft iron, carbon steel, electromagnetic steel (silicon steel), high-speed tool steel, structural steel (for example, JIS SS400), stainless steel, permalloy, and the like. These can be used, and one or more of these can be used in combination.
  • the widths of the first block body 4 and the second block body 5 are designed to be larger than the width of the magnetostrictive rod 2. Specifically, such a width that the magnetostrictive rod 2 can be disposed between the pair of female screw portions 412 and 502 when the magnetostrictive rod 2 is inserted into the slits 411 and 501 of the block bodies 4 and 5.
  • the width of each of the block bodies 4 and 5 is preferably about 3 to 15 mm, and more preferably about 5 to 10 mm.
  • two permanent magnets 6 for applying a bias magnetic field to the magnetostrictive rod 2 are provided.
  • Each permanent magnet 6 has a cylindrical shape.
  • the permanent magnets 6 provided between the first block bodies 4 are arranged with the south pole on the lower side in FIG. 4 and the north pole on the upper side in FIG. Further, the permanent magnet 6 provided between the second block bodies 5 is arranged with the S pole on the upper side in FIG. 4 and the N pole on the lower side in FIG. 4. That is, each permanent magnet 6 is disposed such that the magnetization direction thereof coincides with the direction in which the magnetostrictive element 10 is provided (see FIG. 5 and the like). Thereby, a clockwise magnetic field loop is formed in the power generator 1.
  • the permanent magnet 6 for example, an alnico magnet, a ferrite magnet, a neodymium magnet, a samarium cobalt magnet, or a magnet (bond magnet) formed by molding a composite material obtained by pulverizing them and kneading them into a resin material or a rubber material is used. be able to.
  • a permanent magnet 6 is preferably fixed to each of the block bodies 4 and 5 by adhesion using, for example, an adhesive.
  • the permanent magnet 6 is configured to be displaced together with the second block body 5. Therefore, no friction is generated between the second block body 5 and the permanent magnet 6. For this reason, since the energy for displacing the 2nd block body 5 by friction is not consumed, the electric power generating apparatus 1 can generate electric power efficiently.
  • Such magnetostrictive elements 10 and 10 are connected by a connecting portion 7.
  • the connecting portion 7 includes a first connecting member 71 that connects the first block bodies 4 of the magnetostrictive elements 10 and 10, a second connecting member 72 that connects the second block bodies 5, and a first connecting member 7.
  • One beam member 73 that connects the connecting member 71 and the second connecting member 72 is provided.
  • each of the first connecting member 71, the second connecting member 72, and the beam member 73 has a strip shape (a long flat plate shape). It is H-shaped.
  • connection part 7 may be the structure which connected each member by welding etc., it is preferable that each member is integrally formed.
  • the first connecting member 71 includes four through holes 711 formed at positions corresponding to the four female screw portions 412 provided in the two first block bodies 4.
  • the base end portion 21 of the magnetostrictive rod 2 is inserted into the slit 411, and the male screw 43 is inserted into the through hole 711 of the first connecting member 71 and screwed into the female screw portion 412.
  • the first connecting member 71 is screwed to the high-back portion 41 (first block body 4) of each magnetostrictive element 10, and the interval between the slits 411 is narrowed, whereby the base end portion 21 (magnetostrictive rod 2). ) Is fixed to the first block body 4.
  • the second connecting member 72 includes four through holes 721 formed at positions corresponding to the four female screw portions 502 provided in the two second block bodies 5.
  • the distal end portion 22 of the magnetostrictive rod 2 is inserted into the slit 501, and the male screw 53 is inserted into the through hole 721 of the second connecting member 72 and screwed into the female screw portion 502.
  • the second connecting member 72 is screwed to the second block body 5 of each magnetostrictive element 10 and the interval between the slits 501 is narrowed, so that the distal end portion 22 (magnetostrictive rod 2) becomes the second block. Fixed to the body 5.
  • the magnetostrictive rod 2 and the first connecting member 71 are connected to the first block body 4 by the male screw 43, and the magnetostrictive rod 2 and the second connecting member 72 are connected to the second block body 5 by the male screw 53. Therefore, the number of parts and the number of assembly steps for fixing and connecting the members can be reduced.
  • the joining method is not limited to screwing as described above, but may be adhesive bonding, brazing, laser welding, electric welding, or the like.
  • the interval between the magnetostrictive rods 2 and 2 can be changed.
  • a sufficient space for winding the coil 3 around each magnetostrictive rod 2 can be secured.
  • the volume of the coil 3 can be made sufficiently large, and as a result, the power generation efficiency of the power generation device 1 can be improved.
  • the beam member 73 connects the central portions of the first connecting member 71 and the second connecting member 72 to each other. And in the electric power generating apparatus 1, it arrange
  • the width of the beam member 73 is designed to be smaller than the interval between the coils 3 of the magnetostrictive element 10, and the lower surface of the beam member 73 and the upper surface of the coil 3 substantially coincide with each other in a side view.
  • each magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 of each magnetostrictive element 10 function as a beam facing each other, and each magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 are in the same direction as the second block body 5 is displaced. Displacement (upward or downward in FIG. 1).
  • the beam member 73 is disposed between the two magnetostrictive elements 10 and 10, the beam member 73 does not come into contact with each other when each magnetostrictive element 10 is displaced.
  • such a power generator 1 has the first block body 4 fixed to the casing 100 of the vibrating body by a male screw 44.
  • the second block body 5 is displaced (rotated) downward with respect to the first block body 4 due to the vibration of the vibration body, that is, the distal end with respect to the proximal end of the magnetostrictive rod 2.
  • the beam member 73 is deformed to extend in the axial direction, and the magnetostrictive rod 2 is deformed to contract in the axial direction.
  • the beam member 73 is contracted in the axial direction.
  • the magnetostrictive rod 2 is deformed so as to extend in the axial direction.
  • the magnetic permeability of the magnetostrictive rod 2 changes due to the inverse magnetostrictive effect, and the density of magnetic lines of force passing through the magnetostrictive bar 2 (the density of magnetic lines of force penetrating the lumen of the coil 3 in the axial direction) changes.
  • a voltage is generated in the coil 3.
  • the distance between the magnetostrictive rods 2 and 2 and the beam member 73 (hereinafter also referred to as “beam distance”) in a side view can be freely designed. Specifically, the length (height) from the slits 411 and 501 provided in the respective block bodies 4 and 5 to the upper surface (the upper surface of the high-back portion 41 in the first block body 4) is adjusted. Therefore, these beam intervals can be designed freely.
  • the volume of the coil 3 can be sufficiently increased, and the beam spacing between each magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 can be freely designed.
  • the relationship between the beam interval and the power generation efficiency of the power generation apparatus 1 will be described.
  • FIG. 7 is a side view schematically showing a state in which an external force is applied downward to the tip of one bar (one beam) whose base end is fixed to the casing.
  • FIG. 8 is a side view schematically showing a state in which an external force is applied downward to the distal ends of a pair of opposed parallel beams (parallel beams) whose base ends are fixed to the casing.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing stress (elongation stress, contraction stress) applied to a pair of parallel beams to which an external force is applied to the tip.
  • FIGS. 7 to 9 The upper side in FIGS. 7 to 9 is referred to as “upper” or “upper side”, and the lower side in FIGS. 7 to 9 is referred to as “lower” or “lower side”. Further, the left side in FIGS. 7 to 9 is referred to as a “base end”, and the right side in FIGS. 7 to 9 is referred to as a “tip”.
  • each beam is deformed into a substantially S shape as shown in FIG. 9 due to a mixture of bending deformation and deformation due to parallel link operation.
  • a uniform extension stress is generated in the upper beam.
  • the extension stress A is generated in the center as shown in FIG.
  • a large shrinkage stress B is generated in the lower part on the side and the upper part on the tip side.
  • a uniform shrinkage stress is generated in the lower beam.
  • a contraction stress B is generated in the central portion
  • a large elongation stress A is generated in the upper portion on the proximal end side and the lower portion on the distal end side. .
  • the magnitude of the generated stress (elongation stress or contraction stress) and the amount of change in magnetic flux density have the following relationship.
  • FIG. 10 shows an applied magnetic field (H) and magnetic flux density (B) according to the stress generated in a magnetostrictive rod composed of a magnetostrictive material whose main component is an iron-gallium alloy (Young's modulus: about 70 GPa). ).
  • FIG. 10A is a state in which no stress is generated in the magnetostrictive rod
  • FIG. 10B is a state in which a contraction stress of 90 MPa is generated in the magnetostrictive rod
  • FIG. 10C is an extension of 90 MPa in the magnetostrictive rod.
  • a state in which stress is generated (d) shows a state in which a 50 MPa contraction stress is generated in the magnetostrictive rod
  • the magnetic permeability of the magnetostrictive rod in which elongational stress is generated is higher than that of the magnetostrictive rod in the state where no stress is generated. (Magnetic flux density) increases ((c) and (e)).
  • Magnetic flux density increases ((c) and (e)).
  • a magnetostrictive rod in which a contraction stress is generated has a lower magnetic permeability, resulting in a lower magnetic flux density passing therethrough ((b) and ( d)).
  • the other end is vibrated (displaced) with respect to one end of the magnetostrictive rod, thereby causing the magnetostrictive rod to have an extension stress of 90 MPa and a contraction stress of 90 MPa.
  • the amount of change in the magnetic flux density passing through this is about 1 T, and the amount of change is maximized (see (b) and (c)).
  • the elongation stress and the contraction stress generated in the magnetostrictive rod are reduced to 50 MPa, the amount of change in the magnetic flux density passing through this is reduced (see (d) and (e)).
  • the amount of change in magnetic flux density passing through the magnetostrictive rod is sufficiently increased by alternately generating an extension stress of 70 MPa or more and a contraction stress of 70 MPa or more. be able to.
  • the beam spacing between each magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 is reduced to suppress the parallel link operation of the beam. It is desirable to approximate the bending deformation behavior of one beam as shown in FIG.
  • the volume of the coil 3 is not limited by the beam spacing between each magnetostrictive rod 2 and the beam member 73, so that while the volume of the coil 3 is sufficiently large, The beam spacing can be designed to be sufficiently small. Thereby, it is possible to make the stress generated in the magnetostrictive rod 2 uniform while increasing the volume of the coil 3, and to improve the power generation efficiency of the power generation apparatus 1.
  • the connecting portion 7 As a constituent material of the connecting portion 7, a material that prevents a magnetic field loop formed by the magnetostrictive elements 10 and 10 and the permanent magnets 6 and 6 from being short-circuited by the connecting portion 7 (beam member 73) is preferable.
  • the connecting portion 7 is preferably made of a weak magnetic material or a nonmagnetic material, but it is more preferably made of a nonmagnetic material from the viewpoint of more reliably preventing a short circuit of the magnetic field loop.
  • the spring constant of such a beam member 73 may be different from the spring constant of each magnetostrictive rod 2, but preferably the total of the spring constants of all the magnetostrictive rods 2, that is, the spring constant of the two magnetostrictive rods 2. It is preferable to have a combined value.
  • the two magnetostrictive rods 2 and the one beam member 73 function as a pair of opposed beams. Therefore, by using the beam member 73 (the connecting portion 7) that satisfies such conditions, it is possible to make the vertical rigidity uniform between the beam member 73 and the two magnetostrictive rods 2. As a result, the second block body 5 can be smoothly and reliably displaced in the vertical direction with respect to the first block body 4.
  • each magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 have substantially the same cross-sectional area and cross-sectional shape, their secondary moments are substantially equal. Further, the lengths of the magnetostrictive rods 2 and the beam members 73 are substantially equal. Therefore, according to the above equation (2), in the power generator 1 in which the number of components of the beam member 73 is one and the number of components of the magnetostrictive rod 2 is two, the Young's modulus of the beam member 73 is set to be equal to that of the magnetostrictive rod 2. The Young's modulus is preferably about twice. Thereby, each beam (the beam member 73, the two magnetostrictive rods 2) is similarly deformed (bent) by an external force, in other words, the vertical rigidity of each beam can be balanced.
  • the Young's modulus of such a beam member 73 is preferably about 80 to 200 GPa, more preferably about 100 to 190 GPa, and further preferably about 120 to 180 GPa.
  • Such a non-magnetic material is not particularly limited, and examples thereof include metal materials, semiconductor materials, ceramic materials, resin materials, and the like, and these can be used alone or in combination.
  • a resin material it is preferable to add a filler in a resin material.
  • a nonmagnetic material whose main component is a metal material and a nonmagnetic material whose main component is at least one of stainless steel, beryllium copper, aluminum, magnesium, zinc, copper, and alloys containing them. More preferably, a magnetic material is used.
  • Such a beam member 73 has a substantially constant thickness (cross-sectional area).
  • the average thickness of the beam member 73 is not particularly limited, but is preferably about 0.3 to 10 mm, and more preferably about 0.5 to 5 mm. Further, the average cross-sectional area of the beam member 73 is preferably about 0.2 to 200 mm 2 , and more preferably about 0.5 to 50 mm 2 .
  • the air conditioning duct to which the power generator 1 is attached for example, steam, water, fuel oil, gas (air, fuel gas, etc.) is moved (exhaust, ventilation, intake, waste liquid, circulation) through pipes and ducts.
  • It is a device and includes air conditioning ducts for large facilities, buildings, stations, and the like.
  • the vibrating body to which the power generation device 1 is attached is not limited to such an air conditioning duct, and includes, for example, a transport machine (freight train, automobile, truck bed), rails (sleepers) constituting a track, highways and tunnels. Wall panel, bridge, equipment such as pump and turbine.
  • the vibration generated in these vibrators is unnecessary for the movement of the target medium (in the case of an air conditioning duct, the gas passing through the duct), which may cause noise and unpleasant vibration. It has become.
  • the unnecessary vibration kinetic energy
  • the unnecessary vibration can be converted (regenerated) as electric energy.
  • the obtained electrical energy is used as a power source for sensors, wireless devices, etc., and the illuminance, temperature, humidity, pressure, and noise of the facility living space are measured, and the detection data is transmitted by the wireless device for various control signals and monitoring. It can be used as a signal. It can also be used as a system for monitoring the state of each part of the vehicle (for example, a tire air pressure sensor, a seat belt wearing detection sensor). Further, by converting unnecessary vibration into electric power in this way, an effect of reducing noise from the vibrating body and unpleasant vibration can be obtained.
  • a structure that directly applies external force to the tip (second block body 5) of the power generation apparatus 1 is added and combined with a radio apparatus.
  • Such a switch functions without wiring the power supply and signal lines.
  • it is used for a home lighting wireless switch, a home security system (especially a system that wirelessly detects the operation of windows and doors), etc. Can do.
  • the power generation device 1 by applying the power generation device 1 to each switch of the vehicle, there is no need for wiring of the power supply and signal line, not only reducing the number of assembly steps, but also reducing the weight required for wiring provided in the vehicle and reducing the weight of the vehicle, etc. Therefore, it is possible to suppress the load on the tire, the vehicle body, and the engine and contribute to safety.
  • the magnetostrictive element 10 (coil 3) and the beam member 73 are arranged so as not to overlap with each other in plan view, but a part of the magnetostrictive element 10 overlaps with the beam member 73.
  • It may be a configuration. Specifically, the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 do not overlap in plan view, but the end of the coil 3 wound around the magnetostrictive rod 2 and the end of the beam member 73 may overlap. Good. Even in such a configuration, the space between the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 is made sufficiently small within a range where the coil 3 and the beam member 73 are not in contact with each other while ensuring a sufficient winding space for the coil 3.
  • the power generation amount of the power generator 1 is not particularly limited, but is preferably about 20 to 2000 ⁇ J. If the power generation amount (power generation capacity) of the power generation device 1 is within the above range, for example, by combining with a wireless device, it can be effectively used for the above-described home illumination wireless switch, home security system, and the like.
  • the two magnetostrictive elements 10 and 10 and the one beam member 73 are provided as a beam which opposes, it is not limited to this, It is set as the following structures. You can also.
  • FIG. 11 is a plan view illustrating another configuration example of the power generation device according to the first embodiment of the present invention.
  • the connecting portion 7 includes two beam members 73 that connect both ends in the longitudinal direction of the first connecting member 71 and the second connecting member 72.
  • each beam member 73 is disposed outside the magnetostrictive element 10, the distance between the magnetostrictive elements 10, 10 is reduced while increasing the volume of the coil 3, and the width of the power generator 1.
  • the size of the direction (vertical direction in FIG. 11) can be reduced. Even with such a configuration, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained.
  • the power generation device 1 can take a configuration including two or more magnetostrictive elements 10 and one or more beam members 73.
  • the total number of the magnetostrictive element 10 and the beam member 73 it is preferable that the total number becomes an odd number.
  • the number of magnetostrictive elements 10: the number of beam members 73 is 2: 3, 3: 2, 3: 4, 4: 3, 4: 5, and the like.
  • the magnetostrictive rod 2 functioning as a beam and the beam member 73 are arranged symmetrically in the width direction of the power generator, the stress applied to the magnetostrictive rod 2, the block bodies 4, 5, and the connecting portion 7 is reduced. Balance becomes good.
  • the sum of Young's moduli of materials (weak magnetic material or nonmagnetic material) constituting all beam members 73 is the sum of Young's moduli of magnetostrictive materials constituting all magnetostrictive rods 2. It is preferable that they are approximately equal. As a result, the second block body 5 can be smoothly and reliably displaced in the vertical direction with respect to the first block body 4.
  • the spring constant of the beam member 73 is A [N / m]
  • the number of the beam members 73 is X [lines]
  • the spring constant of the magnetostrictive rod 2 is B [N / m].
  • the value of A ⁇ X and the value of B ⁇ Y are preferably substantially equal.
  • each member is not limited to the above method.
  • each member may be fixed and connected by a method such as press fitting of a pin, welding, or adhesion using an adhesive.
  • FIG. 12 is a perspective view showing a second embodiment of the power generator of the present invention.
  • Fig.13 (a) is a side view of the electric power generating apparatus shown in FIG.
  • FIG.13 (b) is a figure which shows the state which removed the coil from each magnetostriction element shown to Fig.13 (a).
  • FIG. 14A is an analysis diagram in which the stress generated in the magnetostrictive rod and the beam member of the power generation apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 1 is analyzed.
  • FIG. 14B is an analysis diagram in which stress generated in the magnetostrictive rod and the beam member of the power generation apparatus of the present embodiment shown in FIG. 12 is analyzed.
  • FIGS. 12, 13A and 14B and FIGS. 14A and 14B are referred to as “upper” or “upper”, and FIGS. ), (B) and the lower side in FIGS. 14A and 14B are referred to as “lower” or “lower”.
  • the right rear side in FIG. 12 and the right side in FIGS. 13A, 13B and 14A, 14B are referred to as “tip”, and the left front side in FIG. 12 and FIG.
  • the left side in FIGS. 14A and 14B and FIGS. 14A and 14B is referred to as “base end”.
  • the power generation device of the second embodiment will be described with a focus on differences from the power generation device of the first embodiment, and description of similar matters will be omitted.
  • the shapes of the first block body 4 and the second block body 5 are different, and other than that is the same as the power generation device 1 of the first embodiment.
  • the first block body 4 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and has a stepped shape so that the distal end side is two steps lower than the proximal end side ( A stepped portion 45 formed in a stepped shape is formed.
  • the stepped portion 45 has a first stepped surface 451 on which the proximal end portion 21 of the magnetostrictive rod 2 is placed on the distal end side and one step on the proximal end side from the first stepped surface 451 than the first stepped surface 451. And a second step surface 452 on which a part of the first connecting member 71 is placed.
  • the step portion 45 is formed with a pair of female screw portions 453 penetrating in the thickness direction in the vicinity of both ends in the width direction of the first step surface 451, and is screwed into the two male screws 43. It is configured as follows.
  • the first block body 4 is formed with a female screw portion 421 and a groove 422 on the base end side in the same manner as the first block body 4 included in the power generation device 1 of the first embodiment.
  • the female screw portion 421 is inserted and the male screw 44 is screwed into the housing or the like to fix the first block body 4 to the housing.
  • the second block body 5 has a substantially rectangular parallelepiped shape like the first block body 4, and has a stepped shape (stepped shape) so that the base end side is two steps lower than the distal end side.
  • the formed step portion 55 is formed.
  • the stepped portion 55 has a first stepped surface 551 on which the distal end portion 22 of the magnetostrictive rod 2 is placed on the proximal end side and a step higher than the first stepped surface 551 on the distal end side from the first stepped surface 551. And a second step surface 552 on which a part of the second connecting member 72 is placed.
  • the stepped portion 55 is formed with a pair of female screw portions 553 penetrating in the thickness direction near both ends in the width direction of the first stepped surface 551, and is screwed into the two male screws 53. It is configured as follows.
  • the base end portion 21 of the magnetostrictive rod 2 is placed on the first step surface 451 of the first block body 4, and the base end portion of the first connecting member 71 is the second end.
  • the male screw 43 is inserted into the through-hole 711 in a state of being in contact with the stepped surface 452 and is screwed into the female screw portion 453.
  • the first connecting member 71 is screwed to the first block body 4 of each magnetostrictive element 10, and the base end is between the bottom surface of the first connecting member 71 and the first step surface 451.
  • the magnetostrictive rod 2 is fixed to the first block body 4 by holding the portion 21. Thereby, fixation with the magnetostriction stick
  • the distal end portion 22 of the magnetostrictive rod 2 is placed on the first step surface 551 of the second block body 5 and the proximal end of the second connecting member 72 in the same manner as the proximal end side. Is in contact with the second step surface 552, and the male screw 53 is inserted into the through hole 711 and screwed into the female screw portion 553.
  • the second connecting member 72 is screwed to the second block body 5 of each magnetostrictive element 10, and the tip portion is provided between the bottom surface of the second connecting member 72 and the first step surface 551.
  • the magnetostrictive rod 2 is fixed to the second block body 5. Thereby, the fixation of the magnetostrictive rod 2 and the second block body 5 and the connection between the second connecting member 72 and the two second block bodies 5 can be performed.
  • the magnetostrictive rod 2, the first block body 4, the second block body 5 and the connecting portion 7 of each magnetostrictive element 10 are fixed and connected as described above.
  • the upper surface of the magnetostrictive rod 2 and the lower surface of the beam member 73 substantially coincide.
  • the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 are arranged.
  • 73 is a deformation close to the bending deformation of one beam as shown in FIG.
  • the magnetostrictive rod 2 as described above can generate a uniform stress on the entire surface and can be largely deformed only by applying a relatively small external force.
  • the magnetostrictive rod 2 is wound around the magnetostrictive rod 2 by increasing the gap between the magnetostrictive rods 2 and 2.
  • the volume of the rotating coil can be increased.
  • FIGS. 14A and 14B show the stress generated in the magnetostrictive rod 2 when an external force is applied to the power generation device 1 of the first embodiment and each tip of the power generation device 1 of the present embodiment.
  • the description will be given with reference.
  • the black-painted portion indicates elongation stress
  • the white-painted portion indicates contraction stress.
  • the power generation device 1 according to the second embodiment produces the same operations and effects as those of the power generation device 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 15 is a perspective view showing a third embodiment of the power generator of the present invention.
  • 16 is an exploded perspective view of the power generation device shown in FIG.
  • FIG. 17A is a right side view of the power generation device shown in FIG.
  • FIG. 17B is a diagram showing a state where the coil is removed from each magnetostrictive element shown in FIG. 18 is a front view of the power generation device shown in FIG. Fig.19 (a) is a right view which shows the state which attached the electric power generating apparatus (a coil is abbreviate
  • FIG.19 (b) is a figure which shows the state which provided the external force to the downward direction with respect to the front-end
  • FIG. 20 is an analysis diagram in which the stress generated in the magnetostrictive rod and the beam member of the power generator according to the third embodiment shown in FIG. 15 is analyzed.
  • FIG. 15 and 16 and the right side in FIGS. 17A, 17B, 19A, 19B, and 20 are referred to as "tip”, and FIG. 15 and FIG. 16 and the left side in FIGS. 17 (a), 17 (b), 19 (a), 19 (b), and 20 are referred to as “base ends”.
  • the power generation device of the third embodiment will be described focusing on the differences from the power generation devices of the first and second embodiments, and description of similar matters will be omitted.
  • the second block body 5 included in the power generation device 1 of the second embodiment is used as the second block body 5, so that the beam member 73 of the connecting portion 7 is distal to the distal end.
  • the other configurations are the same as those of the power generation apparatus 1 of the first embodiment.
  • the second block body 5 included in the power generation device 1 of the second embodiment is used as the second block body 5. Therefore, as shown in FIGS. 17A and 17B, the position of the first connecting member 71 connected to the first block body 4 is the second position connected to the second block body 5. It becomes higher than the arrangement position of the connecting member 72.
  • the same connecting portion 7 as that in the first embodiment is prepared, and the first connecting member 71 and the first connecting member 71 are connected to the beam member 73 by, for example, pressing, bending, or forging. It can be formed by bending the two connecting members 72 in opposite directions. By using such a method, the angle formed between the first connecting member 71 and the beam member 73 and the angle formed between the second connecting member 72 and the beam member 73 can be easily adjusted.
  • the beam interval between the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 is configured to decrease from the proximal end side toward the distal end side.
  • the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 have a beam structure (taper beam structure) in which a taper is applied from the proximal end side to the distal end side (see FIG. 17B).
  • the pair of beams composed of the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 has a lower rigidity in the displacement direction (vertical direction) from the proximal end side toward the distal end side.
  • the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 can be displaced smoothly in the vertical direction (FIGS. 19A and 19B). As a result, the variation in the thickness direction of the stress generated in the magnetostrictive rod 2 can be further reduced.
  • the height of the high back portion 41 of the first block body 4 is designed to be low, and the length from the upper surface of the high back portion 41 to the slit 411 is shortened, so that the magnetostriction in the side view is obtained.
  • the distance on the base end side between the rod 2 and the beam member 73 (the beam distance on the base end side) can be reduced.
  • the beam distance between the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 is small, when an external force is applied to the tip (second block body 5), the entire magnetostrictive rod 2 is applied. Uniform stress can be generated.
  • the power generation device 1 of the present embodiment uniform stress is applied in both the longitudinal direction and the thickness direction of the magnetostrictive rod 2 by designing the gap between the proximal ends of the tapered beam structure to be small. Can be reliably generated (see FIG. 20).
  • the pair of beams including the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 has a lower rigidity in the displacement direction from the proximal end side toward the distal end side, the power generator according to the second embodiment. Similar to 1, the magnetostrictive rod 2 can be greatly deformed in the vertical direction with a relatively small external force.
  • the power generation efficiency of the power generator 1 can be further improved.
  • the angle (taper angle) formed by the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 in side view is not particularly limited, but is preferably about 0.5 to 10 °, and preferably about 1 to 7 °. More preferred. If the angle formed by the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 is within the above range, the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 on the proximal end side constitute the tapered beam structure with the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73. Can be made sufficiently small. Thereby, a more uniform stress can be generated in both the longitudinal direction and the thickness direction of the magnetostrictive rod 2.
  • an initial load (bias stress) may be applied to the magnetostrictive rod 2 by the beam member 73.
  • the magnetostrictive rod 2 is given an extensional stress in a natural state.
  • the magnetostrictive rod 2 is displaced upwardly more than when no bias stress is applied.
  • the elongation stress generated in the magnetostrictive rod 2 can be further increased, and the power generation efficiency of the power generation apparatus 1 can be further improved.
  • the magnetostrictive rod 2 is given a contraction stress in a natural state.
  • the magnetostrictive rod 2 is displaced more downward than when no bias stress is applied.
  • rod 2 can be enlarged more, and the electric power generation efficiency of the electric power generating apparatus 1 can further be improved.
  • the power generator 1 according to the third embodiment also produces the same operations and effects as those of the power generator 1 according to the first and second embodiments.
  • FIG. 21 is a perspective view showing a fourth embodiment of the power generator of the present invention.
  • 22 (a) and 22 (b) are perspective views showing a bobbin of a coil provided in the power generator shown in FIG.
  • FIG. 23A and FIG. 23B are perspective views showing a magnetostrictive rod and a coil included in the power generator shown in FIG.
  • FIG. 23 (c) is a perspective view showing a cross section of the magnetostrictive rod and coil of FIG. 23 (a) cut along line BB.
  • Fig.24 (a) is a side view for demonstrating the state which attached the electric power generating apparatus shown in FIG. 21 to the vibrating body.
  • FIG. 24B is a longitudinal sectional view (a sectional view taken along line AA in FIG. 21) of the power generation device shown in FIG. 21 attached to the vibrating body.
  • FIG. 21 the upper side in FIG. 21, FIG. 22 (a), (b), FIG. 23 (a), (b), (c) and FIG.
  • it is referred to as “upper”
  • the lower side in FIGS. 21, 22 (a), (b), 23 (a), (b), (c) and FIGS. 24 (a), (b) is referred to as “lower”.
  • “downward”. 21 and the right side in FIGS. 24A and 24B are referred to as “tips”.
  • 21 and the left side in FIGS. 24A and 24B are referred to as “base ends”.
  • FIG. 22A the bobbin tip side is shown to be the right front side of the drawing.
  • FIG. 22A the bobbin tip side is shown to be the right front side of the drawing.
  • the base end side of the bobbin is shown to be the front right side of the drawing.
  • the magnetostrictive rod and the front end side of the coil are shown to be the front right side of the drawing.
  • the base end side of the magnetostrictive rod and the coil is shown to be the right front side of the paper.
  • the power generation device of the fourth embodiment will be described focusing on the differences from the power generation devices of the first, second, and third embodiments, and description of similar matters will be omitted.
  • the configuration of the coil 3 is different, and the other configuration is the same as that of the power generation device 1 of the first embodiment. That is, in the power generator 1 of the present embodiment, the coil 3 is configured by the bobbin 32 disposed so as to surround the magnetostrictive rod 2 on the outer peripheral side of the magnetostrictive rod 2 and the wire 31 wound around the bobbin 32. Has been.
  • the bobbin 32 includes a long main body 33 around which the wire 31 is wound, and a first flange 34 connected to the base end of the main body 33. And a second flange 35 that is connected to the tip of the main body 33.
  • the bobbin 32 may have a configuration in which the members are connected by welding or the like, but it is preferable that the members are integrally formed.
  • the main body 33 includes a pair of long side plate portions 331 and 332, and a base plate side, a top plate portion 333 that connects upper end portions of the pair of side plate portions 331 and 332, and a bottom plate portion that connects lower end portions. 334.
  • each of the side plate portions 331 and 332, the upper plate portion 333, and the bottom plate portion 334 constituting the main body portion 33 has a flat plate shape.
  • the main body portion 33 has a square cylindrical portion defined by a pair of side plate portions 331, 332, an upper plate portion 333, and a bottom plate portion 334 on the base end side thereof.
  • the magnetostrictive rod 2 is inserted inside.
  • the distance between the pair of side plate portions 331 and 332 is designed to be larger than the width of the magnetostrictive rod 2, and the magnetostrictive rod 2 is disposed between the pair of side plate portions 331 and 332 while being spaced apart from each other. . Further, the interval between the upper plate portion 333 and the bottom plate portion 334 is configured to be substantially equal to the thickness of the magnetostrictive rod 2.
  • the magnetostrictive rod 2 is inserted between the upper plate portion 333 and the bottom plate portion 334, whereby a part of the base end side of the magnetostrictive rod 2 is held between the upper plate portion 333 and the bottom plate portion 334 ( (Refer FIG.23 (c)).
  • the wire 31 is wound around the outer periphery of the main body 33 from the proximal end to the distal end.
  • a flat plate-like first flange portion 34 that is connected to the main body portion 33 (the side plate portions 331 and 332, the upper plate portion 333 and the bottom plate portion 334) is provided (FIG. 22 ( b)).
  • the 1st collar part 34 has comprised the substantially elliptical shape.
  • the first flange 34 is formed with a slit 341 through which the magnetostrictive rod 2 is inserted at a position where it is connected to the main body 33.
  • the shape of the slit 341 is formed to be substantially equal to the cross-sectional shape of the magnetostrictive rod 2.
  • the lower end portion 342 of the first flange portion 34 is configured to contact the vibrating body 100 when the power generation device 1 is attached to the vibrating body 100.
  • the first flange 34 is provided with a protrusion 36 that protrudes in the proximal direction from the first flange 34 at a position below the slit 341.
  • the portion above the protrusion 36 of the first flange 34 is in contact with the surface on the tip side of the first block body 4 (high profile portion 41), and the protrusion 36 is the first.
  • the bobbin 32 is attached to the magnetostrictive element 10 so as to be in contact with the bottom surface of the block body 4. Two grooves 361 formed along the width direction of the protrusion 36 are formed on the lower surface of the protrusion 36.
  • each groove 361 of the power generation apparatus 1 is fitted to the corresponding protrusion of the vibration body 100. Therefore, the power generation apparatus 1 can be easily installed at a predetermined position of the vibrating body 100. That is, positioning of the power generator 1 is facilitated.
  • a flat plate-like second collar portion 35 that is connected to the main body portion 33 (side plate portions 331 and 332) is provided on the distal end side of the main body portion 33 (see FIG. 22A).
  • the 2nd collar part 35 has comprised the substantially elliptical shape.
  • the second flange 35 is formed with a substantially rectangular opening 351 through which the magnetostrictive rod 2 is inserted at a position where the main body 33 (side plate portions 331 and 332) is connected.
  • the width of the opening 351 is substantially equal to the distance between the pair of side plate portions 331 and 332, and the distance from the upper end to the lower end of the opening 351 is substantially equal to the length of each side plate portion 331 in the short direction.
  • the lower end portion 352 of the second flange portion 35 is configured to contact the vibrating body 100 when the power generation device 1 is attached to the vibrating body 100. Further, the lower end portion 352 is formed with two projecting portions 353 projecting in the distal direction from both end portions in the width direction. The lower end portion 352 and the projection portion 353 support the bobbin 32 with respect to the vibrating body 100 together with the lower end portion 342 of the first flange portion 34. The second flange 35 is separated from the second block body 5 in a state where the bobbin 32 is attached to the magnetostrictive element 10.
  • the magnetostrictive rod 2 and the bobbin 32 or the wire 31 in the displacement (vibration) direction of the magnetostrictive rod 2 (vertical direction in FIG. 24B).
  • a gap is formed between the center of the bobbin 32 and the tip.
  • This gap is designed to have a size that does not cause interference between the magnetostrictive rod 2 and the bobbin 32 or the wire 31 when the magnetostrictive rod 2 is displaced by the vibration of the vibrating body 100, that is, a size larger than the amplitude of the magnetostrictive rod 2. ing. Therefore, the magnetostrictive rod 2 can vibrate without contacting the coil 3 (the wire 31 and the bobbin 32). With this configuration, it is possible to prevent energy loss due to friction between the magnetostrictive rod 2 and the coil 3.
  • the coil 3 (the wire 31 and the bobbin 32) is not deformed along with the deformation.
  • a wire rod or bobbin constituting a coil is a member having a large amount of energy loss due to its deformation, that is, a large loss factor. Therefore, in the power generation device 1 of the present embodiment, energy loss (structural attenuation) due to deformation of the wire 31 and the bobbin 32 of the coil 3 having a large loss coefficient is prevented. Further, in the power generation apparatus 1, the coil 3 having a large mass is not displaced accompanying the vibration of the magnetostrictive rod 2.
  • the mass of the coil 3 is not included as the mass of the vibration system that vibrates the magnetostrictive rod 2. Therefore, in the power generation device 1, it is possible to prevent a decrease in the vibration frequency of the magnetostrictive rod 2 (vibration system) as compared with a power generation device in which the coil is displaced together with the magnetostrictive rod. Thereby, it can prevent that the variation
  • the power generation device 1 it is possible to prevent energy loss due to friction between the magnetostrictive rod 2 and the coil 3 and energy loss due to deformation of the coil 3 having a large loss coefficient. Furthermore, it is possible to prevent a decrease in vibration frequency due to the displacement of the coil 3 having a large mass. Thereby, the vibration of the vibrating body 100 can be efficiently used for the deformation of the magnetostrictive rod 2 (magnetostrictive element 10), and as a result, the power generation efficiency of the power generation apparatus 1 can be improved.
  • the size of the gap formed in the bobbin 32 changes the length in the short direction of the pair of side plate portions 331 and 332, and changes the distance from the upper end to the lower end of the opening 351 in accordance with this change. Therefore, it can be set freely.
  • the material similar to the constituent material of the connection part 7 can be used, for example.
  • the power generation device 1 according to the fourth embodiment also produces the same operations and effects as the power generation devices 1 according to the first, second, and third embodiments.
  • the arbitrary configurations of the first to fourth embodiments can be combined.
  • One of the two permanent magnets can be omitted, and one or both of the permanent magnets can be replaced with an electromagnet.
  • the power generation device of the present invention may be configured to generate power using an external magnetic field (external magnetic field), omitting both permanent magnets.
  • the magnetostrictive rod and the beam member both have a rectangular cross-sectional shape, such as a circular shape, an elliptical shape, a triangular shape, a square shape, or a hexagonal shape. It may be a polygonal shape.
  • the permanent magnets of the above embodiments are all cylindrical, but may be prismatic, flat, or triangular.
  • the power generator 1 of each example shown below has a length of 21.65 mm, a width of 3 mm, and a thickness of 0.5 mm, excluding both end portions 21 and 22 of the magnetostrictive rod 2, and a beam member. 73 had a width of 3 mm and a thickness of 0.5 mm.
  • Example 1 A power generator 1 (see FIG. 1) having the configuration shown in FIG. 1 was prepared.
  • the distance between the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 (the distance between the upper surface of the magnetostrictive rod 2 and the lower surface of the beam member 73 in a side view) was 2.0 mm.
  • Example 2 A power generator 1 (see FIG. 12) having the configuration shown in FIG. 12 was prepared.
  • the beam interval between the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 was 0 mm.
  • Example 3 A power generator 1 (see FIG. 15) having the configuration shown in FIG. 15 was prepared.
  • the beam spacing between the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 at the proximal end and the distal end is set to 2.0 mm and 0 mm, respectively, and the angle (taper angle) formed by the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 is set. ) was designed to be about 2.7 °.
  • Example 4 A power generator 1 (see FIG. 25) having the configuration shown in FIG. 25 was prepared.
  • this power generator 1 the beam spacing between the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 at the proximal end and the distal end is set to 1.0 mm and 0 mm, respectively, and the angle (taper angle) formed by the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 is set. ) was designed to be about 1 °.
  • Stress distribution evaluation For each of the above examples, the stress generated in the thickness direction and the longitudinal direction of the magnetostrictive rod 2 when an external force was applied to the tip (second block body 5) was measured. The magnitude of the external force applied to the second block body 5 was 20N.
  • 26 (a) to (d) are graphs showing the stress along the longitudinal direction in each region in the thickness direction of the magnetostrictive rod 2 for the power generators 1 of Examples 1 to 4, respectively.
  • a positive value stress indicates an elongation stress
  • a negative value stress indicates a contraction stress.
  • Example 2 From a comparison between Example 1 and Example 2, it can be seen that the stress (average stress) generated in the magnetostrictive rod 2 becomes larger when the beam spacing between the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 is smaller.
  • Example 3 From comparison between Example 1 and Example 3, it can be seen that when the magnetostrictive rod 2 and the beam member 73 have a tapered beam structure, the stress variation in the thickness direction of the magnetostrictive rod 2 is reduced.
  • each of the power generation devices 1 of the third and fourth embodiments having a tapered beam structure is higher than each of the power generation devices 1 of the first and second embodiments having a parallel beam structure, and in particular, the power generation device 1 of the fourth embodiment.
  • the power generation efficiency tends to be high.
  • the interval between the magnetostrictive rods can be arbitrarily set. For this reason, by enlarging the space

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Abstract

　発電装置１は、磁歪材料で構成され、軸方向に磁力線を通過させる磁歪棒２と、磁歪棒２の外周に巻回されたコイル３とを備えた２つの磁歪素子１０と、磁歪素子１０の一端側同士を連結する第１の連結部材７１、他端側同士を連結する第２の連結部材７２および第１の連結部材７１と第２の連結部材７２とを連結する梁部材７３を備える連結部７とを有し、平面視において、各磁歪素子１０の磁歪棒２と梁部材７３とが重ならないよう配置されている。

Description

発電装置
　本発明は、発電装置に関する。
　近年、磁歪材料で構成された磁歪棒の透磁率の変化を利用して発電する発電装置が検討されている（例えば、特許文献１参照）。
　この発電装置は、例えば、併設された一対の磁歪棒と、これらの磁歪棒を連結する連結ヨークと、各磁歪棒を囲むように設けられたコイルと、磁歪棒にバイアス磁界を印加する永久磁石およびバックヨークとを備えている。一対の磁歪棒は対向する梁として機能し、この一対の磁歪棒の各軸方向に対して垂直な方向に、連結ヨークに外力を付与すると、一方の磁歪棒が伸長するように変形し、他方の磁歪棒が収縮するように変形する。このとき、各磁歪棒を通過する磁力線の密度（磁束密度）、すなわち、各コイルを貫く磁力線の密度が変化し、これにより、各コイルに電圧が発生する。
　かかる発電装置では、発電効率を向上する観点から、コイルを構成する線材の巻き数は多い方が望ましい。これには、コイルが巻回されるスペースを十分に確保してコイルの体積を大きくする必要があるが、このスペースは、磁歪棒同士の間隔に依存する。
　そのため、磁歪棒同士の間隔を大きくして、各磁歪棒に巻回するコイルの線材の巻き数を多くすると、磁歪棒同士の間隔の増大が原因で、磁歪棒が変形する際に、１つの磁歪棒に伸長応力と収縮応力との双方が生じてしまう。すなわち、１つの磁歪棒に一様な応力を生じさせることが難しい。このような構成では、各磁歪棒中の磁束密度の変化量を大きくすることができず、コイルの線材の巻き数を多くしているにもかかわらず、十分な発電量を得ることができない。
　また、磁歪棒同士の間隔を変えずに、線材の線径を小さくして、線材の巻き数を増やす方法も考えられるが、線材を細くすると、コイルの抵抗値が高くなってしまい、十分な量の電流をコイルに流すことが難しい。
ＷＯ２０１１／１５８４７３
　本発明は、上記従来の問題点を鑑みたものであり、その目的は、磁歪棒に巻回されるコイルの体積を増大させつつも、磁歪棒に生じる応力を均一にすることを可能とし、効率良く発電を行い得る発電装置を提供することにある。
　このような目的は以下の（１）～（１７）の本発明により達成される。
　（１）　併設された少なくとも２つの磁歪素子と、
　前記磁歪素子の一端側同士を連結する第１の連結部材と、前記磁歪素子の他端側同士を連結する第２の連結部材と、前記第１の連結部材と前記第２の連結部材とを連結する少なくとも１つの梁部材とを備える連結部とを有し、
　各前記磁歪素子は、磁歪材料で構成され、軸方向に磁力線を通過させる磁歪棒と、該磁歪棒の外周に巻回されたコイルとを備え、一端に対して他端を、前記磁歪棒の軸方向とほぼ垂直な方向に相対的に変位させて前記磁歪棒を伸縮させることにより、前記磁力線の密度を変化させて前記コイルに電圧を発生するように構成され、
　平面視において、各前記磁歪素子の前記磁歪棒と前記梁部材とが重ならないよう配置されていることを特徴とする発電装置。
　（２）　平面視において、各前記磁歪素子の前記コイルと前記梁部材とが重ならないよう配置されている上記（１）に記載の発電装置。
　（３）　平面視において、前記梁部材は、前記磁歪棒同士の間に配置されている上記（１）または（２）に記載の発電装置。
　（４）　前記磁歪素子と前記梁部材との総数が奇数となるように構成されている上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の発電装置。
　（５）　側面視において、各前記磁歪素子の前記磁歪棒と前記梁部材とが重ならないよう配置されている上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の発電装置。
　（６）　前記コイルは、前記磁歪棒の外周側に、前記磁歪棒を囲むように配置されたボビンと、該ボビンに巻回された線材とを備え、
　前記磁歪棒と前記ボビンとの間には、少なくとも前記磁歪棒の前記他端側において空隙が形成されている上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の発電装置。
　（７）各前記磁歪素子の前記他端の変位は、前記磁歪棒に振動を付与することによりなされ、前記空隙は、前記ボビンと振動する前記磁歪棒とが干渉しないようなサイズを有する上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の発電装置。
　（８）　前記梁部材は、非磁性材料で構成されている上記（１）ないし（７）のいずれかに記載の発電装置。
　（９）　前記梁部材のバネ定数をＡ［Ｎ／ｍ］、前記梁部材の数をＸ［本］とし、前記磁歪棒のバネ定数をＢ［Ｎ／ｍ］、前記磁歪棒の数をＹ［本］としたとき、Ａ×Ｘの値とＢ×Ｙの値とがほぼ等しい上記（１）ないし（８）のいずれかに記載の発電装置。
　（１０）　前記梁部材を構成する材料のヤング率を８０～２００ＧＰａとし、前記磁歪棒を構成する磁歪材料のヤング率を３０～１００ＧＰａとする上記（１）ないし（９）のいずれかに記載の発電装置。
　（１１）　前記梁部材は、前記第１の連結部材および前記第２の連結部材と一体的に形成されている上記（１）ないし（１０）のいずれかに記載の発電装置。
　（１２）　各前記磁歪素子の前記磁歪棒には、自然状態で前記梁部材により伸長応力または収縮応力が付与されている上記（１）ないし（１１）のいずれかに記載の発電装置。
　（１３）　各前記磁歪素子は、さらに、前記磁歪棒の一方の端部を収容する収容部を備える第１のブロック体と、前記磁歪棒の他方の端部を収容する収容部を備える第２のブロック体とを備え、
　前記第１の連結部材が前記第１のブロック体にネジ止めされ、前記第２の連結部材が前記第２のブロック体にネジ止めされる上記（１）ないし（１２）のいずれかに記載の発電装置。
　（１４）　前記磁歪棒は、平板状をなし、
　前記収容部は、前記磁歪棒の前記端部を挿入するスリットで構成されている上記（１３）に記載の発電装置。
　（１５）　前記磁歪棒は、平板状をなし、
　前記収容部は、前記磁歪棒の前記端部を載置する段差部で構成されている上記（１３）または（１４）に記載の発電装置。
　（１６）　着磁方向が、前記磁歪素子が併設された併設方向となるようにして配置された少なくとも１つの永久磁石を有し、
　該永久磁石は、前記磁歪素子の前記第１のブロック体同士の間および前記磁歪素子の前記第２のブロック体同士の間の少なくとも一方に配置されている上記（１３）ないし（１５）のいずれかに記載の発電装置。
　（１７）　着磁方向が、前記磁歪素子が併設された併設方向となるようにして配置された少なくとも１つの永久磁石を有する上記（１）ないし（１６）のいずれかに記載の発電装置。
　本発明によれば、磁歪棒同士の間隔を任意に設定することができる。このため、磁歪棒同士の間隔を大きくすることにより、磁歪棒にコイルを巻回するスペースを十分に確保することができ、その結果、コイルの体積を大きくすることができる。また、平面視において、磁歪棒と梁部材とが、重ならないよう配置されているため、側面視における磁歪棒と梁部材との間隔を十分に小さくすることができる。これにより、コイルの体積を増大させつつ、磁歪棒に生じる応力を均一にすることができ、発電装置の発電効率を優れたものとすることができる。
図１は、本発明の発電装置の第１実施形態を示す斜視図である。 図２は、図１に示す発電装置の分解斜視図である。 図３（ａ）は、図１に示す発電装置の側面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す各磁歪素子からコイルを取り除いた状態を示す図である。 図４は、図１に示す発電装置の平面図である。 図５は、図１に示す発電装置の正面図である。 図６は、図１に示す発電装置を振動体に取り付けた状態を説明するための側面図である。 図７は、基端が筐体に固定された１つの棒材（１つの梁）の先端に対して、下方向に外力を付与した状態を模式的に示す側面図である。 図８は、基端が筐体に固定された対向する一対の平行な梁（平行梁）の先端に対して、下方向に外力を付与した状態を模式的に示す側面図である。 図９は、先端に外力が付与された一対の平行梁にかかる応力（伸長応力、収縮応力）を模式的に示す図である。 図１０は、鉄－ガリウム系合金を主成分とする磁歪材料で構成された磁歪棒において、発生する応力に応じた、印加される磁場（Ｈ）と磁束密度（Ｂ）との関係を示すグラフである。 図１１は、本発明の第１実施形態の発電装置の他の構成例を示す平面図である。 図１２は、本発明の発電装置の第２実施形態を示す斜視図である。 図１３（ａ）は、図１２に示す発電装置の側面図である。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に示す各磁歪素子からコイルを取り除いた状態を示す図である。 図１４（ａ）は、図１に示す第１実施形態の発電装置の磁歪棒と梁部材とに発生する応力を解析した解析図である。図１４（ｂ）は、図１２に示す本実施形態の発電装置の磁歪棒と梁部材とに発生する応力を解析した解析図である。 図１５は、本発明の発電装置の第３実施形態を示す斜視図である。 図１６は、図１５に示す発電装置の分解斜視図である。 図１７（ａ）は、図１５に示す発電装置の右側面図である。図１７（ｂ）は、図１７（ａ）に示す各磁歪素子からコイルを取り除いた状態を示す図である。 図１８は、図１５に示す発電装置の正面図である。 図１９（ａ）は、図１５に示す発電装置（コイルは省略）を振動体に取り付けた状態を示す右側面図である。図１９（ｂ）は、図１９（ａ）に示す発電装置の先端に対して、下方向に外力を付与した状態を示す図である。 図２０は、図１５に示す第３実施形態の発電装置の磁歪棒と梁部材とに発生する応力を解析した解析図である。 図２１は、本発明の発電装置の第４実施形態を示す斜視図である。 図２２（ａ）および図２２（ｂ）は、図２１に示す発電装置が備えるコイルのボビンを示す斜視図である。 図２３（ａ）および図２３（ｂ）は、図２１に示す発電装置が備える磁歪棒およびコイルを示す斜視図である。図２３（ｃ）は、図２３（ａ）の磁歪棒およびコイルをＢ－Ｂ線で切断した断面を示す斜視図である。 図２４（ａ）は、図２１に示す発電装置を振動体に取り付けた状態を説明するための側面図である。図２４（ｂ）は、振動体に取り付けた図２１に示す発電装置の縦断面図（図２１中のＡ－Ａ線断面図）である。 図２５は、本発明の第３実施形態の発電装置の他の構成例を示す側面図である。 図２６（ａ）は、実施例１の発電装置１の第２のブロック体５に対して下方向に外力を付与した際に、磁歪棒２の厚さ方向の各領域における長手方向に沿った応力を示すグラフである。図２６（ｂ）は、実施例２の発電装置１について、図２６（ａ）と同様の測定を行った結果を示すグラフである。図２６（ｃ）は、実施例３の発電装置１について、図２６（ａ）と同様の測定を行った結果を示すグラフである。図２６（ｄ）は、実施例４の発電装置１について、図２６（ａ）と同様の測定を行った結果を示すグラフである。
　以下、本発明の発電装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて説明する。
　＜第１実施形態＞
　まず、本発明の発電装置の第１実施形態について説明する。
　図１は、本発明の発電装置の第１実施形態を示す斜視図である。図２は、図１に示す発電装置の分解斜視図である。図３（ａ）は、図１に示す発電装置の側面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す各磁歪素子からコイルを取り除いた状態を示す図である。図４は、図１に示す発電装置の平面図である。図５は、図１に示す発電装置の正面図である。図６は、図１に示す発電装置を振動体に取り付けた状態を説明するための側面図である。
　なお、以下の説明では、図１、図２、図３（ａ），（ｂ）、図５および図６中の上側および図４中の紙面手前側を「上」または「上方」と言い、図１、図２、図３（ａ），（ｂ）、図５および図６中の下側および図４中の紙面奥側を「下」または「下方」と言う。また、図１および図２中の紙面右奥側および図３（ａ），（ｂ）、図４および図６中の右側を「先端」と言い、図１および図２中の紙面左手前側および図３（ａ），（ｂ）、図４および図６中の左側を「基端」と言う。
　図１および図２に示す発電装置１は、併設された２つの磁歪素子１０、１０と、その上側に設けられ、磁歪素子１０、１０を連結する連結部７と、磁歪素子１０、１０同士の間に設けられた永久磁石６、６とを有している。
　以下、各部の構成について説明する。
　＜＜磁歪素子１０＞＞
　磁歪素子１０は、磁歪材料で構成され、軸方向に磁力線を通過させる磁歪棒２と、磁歪棒２の外周に巻回されたコイル３と、磁歪棒２の基端側に設けられた第１のブロック体４と、磁歪棒２の他端側に設けられた第２のブロック体５とを備えている。
　磁歪素子１０は、第１のブロック体４側（一端）を固定端とし、第２のブロック体５側（他端）を可動端として、その軸方向とほぼ垂直な方向（図１中、上下方向）に相対的に変位可能となっており、この変位により磁歪棒２が伸縮する。このとき、逆磁歪効果により磁歪棒２の透磁率が変化し、磁歪棒２を通過する磁力線の密度（コイル３を貫く磁力線の密度）が変化することにより、コイル３に電圧が発生する。
　以下、磁歪素子１０を構成する各部材について詳細に説明する。
　（磁歪棒２）
　磁歪棒２は、磁歪材料で構成され、磁化が生じ易い方向（磁化容易方向）を軸方向として配置されている。本実施形態では、この磁歪棒２は、長尺の平板状をなしており、その軸方向に磁力線を通過させる。
　このような磁歪棒２は、その基端部２１に第１のブロック体４が固定され、先端部２２に第２のブロック体５が固定されている。
　このような磁歪棒２は、その厚さ（横断面積）が軸方向に沿ってほぼ一定となっている。磁歪棒２の平均厚さは、特に限定されないが、０．３～１０ｍｍ程度であるのが好ましく、０．５～５ｍｍ程度であるのがより好ましい。また、磁歪棒２の平均横断面積は、０．２～２００ｍｍ２程度であるのが好ましく、０．５～５０ｍｍ２程度であるのがより好ましい。かかる構成により、磁歪棒２の軸方向に磁力線を確実に通過させることができる。
　磁歪材料のヤング率は、４０～１００ＧＰａ程度であるのが好ましく、５０～９０ＧＰａ程度であるのがより好ましく、６０～８０ＧＰａ程度であるのがさらに好ましい。かかるヤング率を有する磁歪材料で磁歪棒２を構成することにより、磁歪棒２をより大きく伸縮させることができる。このため、磁歪棒２の透磁率をより大きく変化させることができるので、発電装置１（コイル３）の発電効率をより向上させることができる。
　かかる磁歪材料としては、特に限定されないが、例えば、鉄－ガリウム系合金、鉄－コバルト系合金、鉄－ニッケル系合金等が挙げられ、これらの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、鉄－ガリウム系合金（ヤング率：約７０ＧＰａ）を主成分とする磁歪材料が好適に用いられる。鉄－ガリウム系合金を主成分とする磁歪材料は、前述したようなヤング率の範囲に設定し易い。
　また、以上のような磁歪材料は、Ｙ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍのような希土類金属のうちの少なくとも１種を含むのが好ましい。これにより、磁歪棒２の透磁率の変化をより大きくすることができる。
　かかる磁歪棒２の外周には、その両端部２１、２２を除く部分を囲むようにコイル３が巻回（配置）されている。
　（コイル３）
　コイル３は、線材３１を磁歪棒２の外周に巻回することにより構成されている。これにより、コイル３は、磁歪棒２を通過している磁力線が、その軸方向に通過する（内腔部を貫く）ように配設されている。このコイル３には、磁歪棒２の透磁率の変化、すなわち、磁歪棒２を通過する磁力線の密度（磁束密度）の変化に基づいて、電圧が発生する。
　本発明では、磁歪素子１０、１０を厚さ方向ではなく、幅方向に併設するため、これらの間隔（磁歪棒２、２同士の間隔）を大きく設計することができる。そのため、磁歪棒２に巻回するコイル３のスペースを十分に確保することができ、横断面積（線径）が比較的大きい線材３１を用いても、その巻き数を多くすることができる。線径が大きい線材は、その抵抗値（負荷インピーダンス）が小さく、効率良く電流を流すことができるため、コイル３に発生した電圧を効率良く利用することができる。
　ここで、磁歪棒２の磁束密度の変化に基づいて、コイル３に発生する電圧εは下記（１）式で表される。
　　　　　　　ε＝Ｎ×ΔＢ／ΔＴ　　　　　　（１）
（ただし、Ｎは線材３１の巻き数、ΔＢはコイル３の内腔部を通過する磁束の変化量、ΔＴは時間の変化量を表す。）
　このように、コイル３に発生する電圧は、線材３１の巻き数および磁歪棒２の磁束密度の変化量（ΔＢ／ΔＴ）に比例するため、線材３１の巻き数を多くすることにより、発電装置１の発電効率を向上させることができる。
　線材３１としては、特に限定されないが、例えば、銅製の基線に絶縁被膜を被覆した線材や、銅製の基線に融着機能を付加した絶縁被膜を被覆した線材等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
　線材３１の巻き数は、特に限定されないが、１０００～１００００程度であるのが好ましく、２０００～９０００程度であるのがより好ましい。これにより、コイル３に発生する電圧をより大きくすることができる。
　また、線材３１の横断面積は、特に限定されないが、５×１０－４～０．１５ｍｍ２程度であるのが好ましく、２×１０－３～０．０８ｍｍ２程度であるのがより好ましい。このような線材３１は、その抵抗値が十分に低いため、発生した電圧によってコイル３を流れる電流を効率良く外部に流すことができ、発電装置１の発電効率をより向上させることができる。
　なお、線材３１の横断面形状は、例えば、三角形、正方形、長方形、六角形のような多角形、円形、楕円形等のいかなる形状であってもよい。
　磁歪棒２の基端側には、第１のブロック体４が設けられている。
　（第１のブロック体４）
　第１のブロック体４は、発電装置１を、振動を発生する振動体に固定するための固定部として機能する。第１のブロック体４を介して発電装置１を固定することにより、磁歪棒２は、その基端を固定端、先端を可動端として片持ち支持されている。なお、第１のブロック体４を取り付ける振動体としては、例えば、空調用ダクト等の各種振動体が挙げられる。振動体の具体例については、後述する。
　図１および図２に示すように、このような第１のブロック体４は、先端側の高背部４１と、この高背部４１よりも高さ（厚さ）が小さい低背部４２とを有しており、外形が階段状（段差状）をなしている。
　高背部４１の厚み方向の略中央には、その幅方向に沿って形成されたスリット４１１が設けられており、このスリット４１１に磁歪棒２の基端部２１が挿入される。また、高背部４１の幅方向の両端部には、その厚さ方向に貫通する一対の雌ネジ部４１２が設けられている。各雌ネジ部４１２には、雄ネジ４３が螺合する。
　低背部４２の幅方向の両端部には、その厚さ方向に貫通する一対の雌ネジ部４２１が設けられており、各雌ネジ部４２１には、雄ネジ４４が螺合する。この雄ネジ４４を、雌ネジ部４２１を介して筐体等に螺合することにより、第１のブロック体４を筐体に固定することができる。
　また、低背部４２の下面には、その幅方向に延在する溝４２２が形成されている。したがって、第１のブロック体４は、溝４２２を挟む基端側（低背部４２）と先端側（主に高背部４１）との２つの部位で振動体に固定されるため、溝４２２付近で撓み易い構成となる。そのため、振動体の振動を第１のブロック体４を介して磁歪棒２の先端側（第２のブロック体５）に効率良く伝達することができる。その結果、磁歪棒２に効率良く伸長応力または収縮応力を付与することができる。
　一方、磁歪棒２の先端側には、第２のブロック体５が設けられている。
　（第２のブロック体５）
　第２のブロック体５は、磁歪棒２に対して外力や振動を付与する錘として機能する部位である。振動体の振動により、第２のブロック体５に対して、上下方向への外力または振動が付与される。これにより、磁歪棒２は、その基端を固定端とし、先端が上下方向に往復動（先端が基端に対して相対的に変位）する。
　図１および図２に示すように、第２のブロック体５は、略直方体状をなしており、その基端側には、厚さ方向の略中央に、幅方向に沿って形成されたスリット５０１が設けられている。このスリット５０１に磁歪棒２の先端部２２が挿入される。なお、本実施形態では、第２のブロック体５の上面からスリット５０１までの長さが、第１のブロック体４の高背部４１の上面からスリット４１１までの長さとほぼ等しくなるように構成されている。
　また、第２のブロック体５の幅方向の両端部には、その厚さ方向に貫通する一対の雌ネジ部５０２が設けられており、各雌ネジ部５０２には、雄ネジ５３が螺合する。
　第１のブロック体４および第２のブロック体５の構成材料としては、それぞれ、磁歪棒２の端部２１、２２を確実に固定することができ、磁歪棒２に対して、一様な応力を付与し得る十分な剛性を備え、かつ、磁歪棒２に永久磁石６からのバイアス磁界を付与し得る強磁性を備える材料であれば、特に限定されない。上記の特性を備える材料としては、例えば、純鉄（例えば、ＪＩＳ　ＳＵＹ）、軟鉄、炭素鋼、電磁鋼（ケイ素鋼）、高速度工具鋼、構造鋼（例えば、ＪＩＳ　ＳＳ４００）、ステンレス、パーマロイ等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
　また、第１のブロック体４および第２のブロック体５の幅は、磁歪棒２の幅よりも大きく設計されている。具体的には、各ブロック体４、５のスリット４１１、５０１に磁歪棒２を挿入した際に、一対の雌ネジ部４１２、５０２間に磁歪棒２を配置することが可能となるような幅を有する。このような各ブロック体４、５の幅としては、３～１５ｍｍ程度であるのが好ましく、５～１０ｍｍ程度であるのがより好ましい。各ブロック体４、５の幅を上記範囲内とすることにより、発電装置１の小型化を図りながら、各磁歪素子１０の磁歪棒２に巻回されるコイル３の体積を十分に確保することができる。
　磁歪素子１０、１０の第１のブロック体４同士の間および第２のブロック体５同士の間には、磁歪棒２にバイアス磁界を印加する２つの永久磁石６が設けられている。
　（永久磁石６）
　各永久磁石６は、円柱状をなしている。
　図４に示すように、第１のブロック体４同士の間に設けられた永久磁石６は、Ｓ極を図４中下側に、Ｎ極を図４中上側にして配置されている。また、第２のブロック体５同士の間に設けられた永久磁石６は、Ｓ極を図４中上側に、Ｎ極を図４中下側にして配置されている。すなわち、各永久磁石６は、その着磁方向が磁歪素子１０の併設方向と一致するように配設されている（図５等参照）。これにより、発電装置１には、時計周りの磁界ループが形成されている。
　永久磁石６には、例えば、アルニコ磁石、フェライト磁石、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石や、それらを粉砕して樹脂材料やゴム材料に混練した複合素材を成形してなる磁石（ボンド磁石）等を用いることができる。このような永久磁石６は、各ブロック体４、５と、例えば、接着剤等による接着により固定されるのが好ましい。
　なお、発電装置１では、永久磁石６が、第２のブロック体５ごと、変位するように構成されている。したがって、第２のブロック体５と永久磁石６との間で摩擦が発生しない。このため、摩擦によって第２のブロック体５が変位するためのエネルギーが消費されないため発電装置１は、効率良く発電することができる。
　このような磁歪素子１０、１０は、連結部７により連結されている。
　＜＜連結部７＞＞
　連結部７は、磁歪素子１０、１０の第１のブロック体４同士を連結する第１の連結部材７１と、第２のブロック体５同士を連結する第２の連結部材７２と、第１の連結部材７１と第２の連結部材７２とを連結する１つの梁部材７３とを備えている。
　本実施形態では、第１の連結部材７１、第２の連結部材７２および梁部材７３は、いずれも帯状（長尺の平板状）をなしており、連結部７全体としては、平面視において、Ｈ字状をなしている。連結部７は、各部材を溶接等により連結した構成であってもよいが、各部材が一体的に形成されているのが好ましい。
　第１の連結部材７１は、２つの第１のブロック体４に設けられた４つの雌ネジ部４１２に対応する位置に形成された４つの貫通孔７１１を備えている。スリット４１１に磁歪棒２の基端部２１を挿入し、雄ネジ４３を第１の連結部材７１の貫通孔７１１に挿通して雌ネジ部４１２に螺合する。これにより、第１の連結部材７１が各磁歪素子１０の高背部４１（第１のブロック体４）にネジ止めされるとともに、スリット４１１の間隔が狭まることにより、基端部２１（磁歪棒２）が第１のブロック体４に固定される。
　第２の連結部材７２は、２つの第２のブロック体５に設けられた４つの雌ネジ部５０２に対応する位置に形成された４つの貫通孔７２１を備えている。スリット５０１に磁歪棒２の先端部２２を挿入し、雄ネジ５３を第２の連結部材７２の貫通孔７２１に挿通して雌ネジ部５０２に螺合する。これにより、第２の連結部材７２が各磁歪素子１０の第２のブロック体５にネジ止めされるとともに、スリット５０１の間隔が狭まることにより、先端部２２（磁歪棒２）が第２のブロック体５に固定される。
　このように、雄ネジ４３により、磁歪棒２および第１の連結部材７１を第１のブロック体４に、雄ネジ５３により、磁歪棒２および第２の連結部材７２を第２のブロック体５に共締めするため、部材同士を固定、連結するための部品点数および組立工数を少なくすることができる。なお、接合方法は上述したようなネジ止めに限られず、接着剤による接着、ろう付け、レーザー溶接、電気溶接などでも良い。
　このような第１の連結部材７１および第２の連結部材７２の長さを設定することにより、磁歪棒２、２同士の間隔を変更することができる。磁歪棒２、２同士の間隔を大きくすることにより、各磁歪棒２にコイル３を巻回するスペースを十分に確保することができる。これにより、コイル３の体積を十分に大きくすることができ、結果として、発電装置１の発電効率を向上させることができる。
　梁部材７３は、第１の連結部材７１および第２の連結部材７２の中央部同士を連結している。そして、発電装置１では、平面視において、この梁部材７３と各磁歪素子１０とが重ならないように配置され（図１参照）、側面視において、梁部材７３と各磁歪棒２と一定の距離離間した状態で互いに平行となるように配置され（図３参照）ている。本実施形態では、梁部材７３の幅は、磁歪素子１０のコイル３同士の間隔より小さく設計され、側面視において、梁部材７３の下面とコイル３の上面とがほぼ一致している。
　発電装置１では、各磁歪素子１０の磁歪棒２と梁部材７３とが対向する梁として機能し、第２のブロック体５の変位に伴って、各磁歪棒２と梁部材７３とが同一方向（図１中の上方向または下方向）に変位する。ここで、梁部材７３が２つの磁歪素子１０、１０間に配置されているため、各磁歪素子１０が変位する際に、これと梁部材７３とが互いに接触することはない。
　このような発電装置１は、図６に示すように、雄ネジ４４により第１のブロック体４が振動体の筐体１００に固定される。この状態において、振動体の振動により、第１のブロック体４に対して、第２のブロック体５が下方に向かって変位（回動）すると、すなわち、磁歪棒２の基端に対して先端が下方に向かって変位すると、梁部材７３が軸方向に伸長するように変形し、磁歪棒２が軸方向に収縮するように変形する。一方、第２のブロック体５が上方に向かって変位（回動）すると、すなわち、磁歪棒２の基端に対して先端が上方に向かって変位すると、梁部材７３が軸方向に収縮するように変形し、磁歪棒２が軸方向に伸長するように変形する。その結果、逆磁歪効果により磁歪棒２の透磁率が変化して、磁歪棒２を通過する磁力線の密度（コイル３の内腔部を軸方向に貫く磁力線の密度）が変化する。これにより、コイル３に電圧が発生する。
　また、発電装置１では、側面視における磁歪棒２、２と梁部材７３との間隔（以下、「梁間隔」とも言う）も自由に設計することができる。具体的には、各ブロック体４、５に設けられたスリット４１１、５０１からその上面（第１のブロック体４においては、高背部４１の上面）までの長さ（高さ）を調整することにより、これらの梁間隔を自由に設計することができる。
　上述したように、発電装置１では、コイル３の体積を十分に大きくすることができるとともに、各磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔を自由に設計することができる。以下に、梁間隔と発電装置１の発電効率との関係について説明する。
　図７は、基端が筐体に固定された１つの棒材（１つの梁）の先端に対して、下方向に外力を付与した状態を模式的に示す側面図である。図８は、基端が筐体に固定された対向する一対の平行な梁（平行梁）の先端に対して、下方向に外力を付与した状態を模式的に示す側面図である。図９は、先端に外力が付与された一対の平行梁にかかる応力（伸長応力、収縮応力）を模式的に示す図である。
　なお、図７～図９中の上側を、「上」または「上側」と言い、図７～図９中の下側を、「下」または「下側」と言う。また、図７～図９中の左側を、「基端」と言い、図７～図９中の右側を、「先端」と言う。
　１つの梁の先端に対して下方に曲げ変形するように外力を付与した場合には、図７に示すように、梁の曲げ変形に伴い、梁に応力がかかり、梁上側には一様な引張（伸長）応力、梁下側には一様な圧縮（収縮）応力が発生する。一方、一定の梁間隔を有する平行梁の先端に対して外力を付与した場合には、各梁は、図７に示すように曲げ変形するとともに、図８に示すように外力の付与前後で先端側の梁間隔を一定に保つために平行リンク動作を行うように変形する。このような平行梁では、梁間隔が大きいほど、この平行リンク動作が顕著に表れ、逆に、梁間隔が小さいほど、平行リンク動作が抑制されて、図７に示すような１つの梁の曲げ変形に近い変形をするようになる。
　したがって、梁間隔が比較的大きい平行梁の構成では、曲げ変形と平行リンク動作による変形とが混在することにより、各梁が、図９に示すような略Ｓ字状に変形する。平行梁が下側に変形する際には、上側の梁には一様な伸長応力が発生するのが好ましいが、図９に示すように、中央部に伸長応力Ａが発生するものの、基端側の下部および先端側の上部に大きな収縮応力Ｂが発生する。また、下側の梁には一様な収縮応力が発生するのが好ましいが、中央部に収縮応力Ｂが発生するものの、基端側の上部および先端側の下部に大きな伸長応力Ａが発生する。すなわち、各梁に発生する伸長応力と収縮応力との双方がいずれも大きいため、梁全体に発生するいずれか一方の応力（伸長応力または収縮応力）の絶対値を大きくすることができない。このような平行梁として磁歪棒を用いた場合、磁歪棒中の磁束密度の変化量を大きくすることができない。
　なお、バイアス磁界が印加された磁歪棒において、発生する応力（伸長応力または収縮応力）の大きさと磁束密度の変化量とは、以下に示すような関係を有する。
　図１０は、鉄－ガリウム系合金（ヤング率：約７０ＧＰａ）を主成分とする磁歪材料で構成された磁歪棒において、発生する応力に応じた、印加される磁場（Ｈ）と磁束密度（Ｂ）との関係を示すグラフである。
　なお、図１０において、（ａ）は、磁歪棒に応力が発生していない状態、（ｂ）は、磁歪棒に９０ＭＰａの収縮応力が発生した状態、（ｃ）は、磁歪棒に９０ＭＰａの伸長応力が発生した状態、（ｄ）は、磁歪棒に５０ＭＰａの収縮応力が発生した状態、（ｅ）は、磁歪棒に５０ＭＰａの伸長応力が発生した状態をそれぞれ示す。
　図１０に示すように、応力が発生していない状態の磁歪棒に比べて、伸長応力が発生している磁歪棒では、その透磁率が高くなる結果、これを軸方向に通過する磁力線の密度（磁束密度）が高くなる（（ｃ）および（ｅ））。一方、応力が発生していない状態の磁歪棒に比べて、収縮応力が発生している磁歪棒では、その透磁率が低くなる結果、これを通過する磁束密度が低くなる（（ｂ）および（ｄ））。
　このため、図１０中に示す一定のバイアス磁界が印加された状態で、磁歪棒の一端に対して他端を振動（変位）させることにより、磁歪棒に９０ＭＰａの伸長応力と９０ＭＰａの収縮応力とを交互に発生させると、これを通過する磁束密度の変化量は１Ｔ程度となり、その変化量が最大となる（（ｂ）、（ｃ）参照）。一方、この磁歪棒に発生させる伸長応力および収縮応力を５０ＭＰａに低下させると、これを通過する磁束密度の変化量は小さくなる（（ｄ）、（ｅ）参照）。
　したがって、磁歪棒を通過する磁束密度の変化量を大きくするためには、磁歪棒に発生させる一定方向の応力（伸長応力または収縮応力）を十分に大きくする必要がある。なお、上記磁歪材料で構成された磁歪棒であれば、７０ＭＰａ以上の伸長応力と７０ＭＰａ以上の収縮応力とを交互に発生させることにより、磁歪棒を通過する磁束密度の変化量を十分に大きくすることができる。
　以上のような理由から、発電装置１では、その発電効率を向上する観点から、各磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔を小さくして、梁の平行リンク動作を抑制することにより、図７に示すような１つの梁の曲げ変形挙動に近づけることが望ましい。発電装置１では、コイル３の体積が、各磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔によって制限されないため、コイル３の体積を十分に大きくしながらも、各磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔を十分に小さく設計することができる。これにより、コイル３の体積を増大させつつも、磁歪棒２に生じる応力を均一にすることができ、発電装置１の発電効率を優れたものとすることができる。
　このような連結部７の構成材料としては、磁歪素子１０、１０および永久磁石６、６とで形成された磁界ループが連結部７（梁部材７３）により短絡するのを防止する材料が好ましい。そのため、連結部７は、弱磁性材料または非磁性材料で構成されているのが好ましいが、磁界ループの短絡をより確実に防止する観点から、非磁性材料で構成されているのがより好ましい。
　このような梁部材７３のバネ定数は、各磁歪棒２のバネ定数と異なっていてもよいが、好ましくは、全磁歪棒２のバネ定数の合計、すなわち、２つの磁歪棒２のバネ定数を合わせた値を有していることが好ましい。上述したように、本実施形態では、２つの磁歪棒２と１つの梁部材７３とが、対向する一対の梁として機能している。そのため、かかる条件を満足する梁部材７３（連結部７）を用いることにより、梁部材７３と２つの磁歪棒２との間で上下方向の剛性を均一にすることができる。これにより、第１のブロック体４に対して第２のブロック体５を上下方向へ円滑かつ確実に変位させることができる。
　また、一般的に、一端が固定された片持ち梁の可動端（他端）に対して外力Ｆが付与された際、梁の撓みｄは、下記（２）式で表される。
　　　　　　　ｄ＝ＦＬ３／３ＥＩ　　　　　　（２）
（ただし、Ｌは梁の長さ、Ｅは梁の構成材料のヤング率、Ｉは梁の断面２次モーメントを表す。）
　発電装置１では、各磁歪棒２と梁部材７３とが、ほぼ同じ横断面積および横断面形状を有しているため、これらの断面２次モーメントはほぼ等しい。また、各磁歪棒２と梁部材７３との長さもほぼ等しい。そのため、上記（２）式によれば、梁部材７３の構成数が１本であり、磁歪棒２の構成数が２本である発電装置１では、梁部材７３のヤング率を磁歪棒２のヤング率の２倍程度とすることが好ましい。これにより、外力によって各梁（梁部材７３、２つの磁歪棒２）が同じように変形する（撓む）、言い換えれば、各梁の上下方向の剛性のバランスを取ることができる。
　また、このような梁部材７３のヤング率は、８０～２００ＧＰａ程度であるのが好ましく、１００～１９０ＧＰａ程度であるのがより好ましく、１２０～１８０ＧＰａ程度であるのがさらに好ましい。
　かかる非磁性材料としては、特に限定されないが、例えば、金属材料、半導体材料、セラミックス材料、樹脂材料等が挙げられ、これらの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。なお、樹脂材料を用いる場合には、樹脂材料中にフィラーを添加することが好ましい。これらの中でも、金属材料を主成分とする非磁性材料を用いるのが好ましく、ステンレス鋼、ベリリウム銅、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、銅およびこれらを含む合金のうちの少なくとも１種を主成分とする非磁性材料を用いるのがより好ましい。
　なお、各磁歪棒２の構成材料として鉄－ガリウム系合金（ヤング率：約７０ＧＰａ）を主成分とする磁歪材料を用いた場合には、連結部７の構成材料としてステンレス鋼（ＳＵＳ３１６、ヤング率：約１７０ＧＰａ）を用いるのが好ましい。各磁歪棒２および梁部材７３の構成材料として、このようなヤング率を有する材料を用いることにより、梁部材７３と２つの磁歪棒２との上下方向の剛性のバランスを取ることができる。これにより、第１のブロック体４に対して第２のブロック体５を上下方向へより円滑かつ確実に変位させることができる。
　このような梁部材７３は、その厚さ（横断面積）がほぼ一定となっている。梁部材７３の平均厚さは、特に限定されないが、０．３～１０ｍｍ程度であるのが好ましく、０．５～５ｍｍ程度であるのがより好ましい。また、梁部材７３の平均横断面積は、０．２～２００ｍｍ２程度であるのが好ましく、０．５～５０ｍｍ２程度であるのがより好ましい。
　なお、発電装置１を取り付ける上記空調用ダクトとしては、例えば、蒸気、水、燃料油、気体（空気、燃料ガス等）等をパイプやダクトを通して移動（排気、換気、吸気、廃液、循環）させる装置であり、大型施設、ビル、駅等の空調用ダクトが挙げられる。また、発電装置１を取り付ける振動体としては、このような空調用ダクトに限られず、例えば、輸送機（貨物列車や自動車、トラックの荷台）、線路を構成するレール（枕木）、高速道路やトンネルの壁面パネル、架橋、ポンプやタービン等の機器等が挙げられる。
　これらの振動体に発生する振動は、目的とする媒体（空調用ダクトの場合、ダクト内を通過する気体等）の移動には不必要な振動であり、騒音や不快な振動を発生させる原因となっている。このような振動体に上記発電装置１を取り付けることにより、この不必要な振動（運動エネルギー）を電気エネルギーとして変換（回生）して得ることができる。
　この得られた電気エネルギーをセンサー、無線装置等の電源に用いて、施設居住空間の照度、温度、湿度、圧力、騒音を計測し、無線装置で検出データを送信して、各種制御信号やモニタリング信号として利用することができる。また、車両の各部の状態を監視するシステム（例えば、タイヤ空気圧センサー、シートベルト着装検知センサー）としても利用することができる。また、このように不必要な振動を電力に変換することで、振動体からの騒音や不快な振動を軽減する効果も得られる。
　また、上記のような振動体からの振動を回生する以外にも、発電装置１の先端（第２のブロック体５）に直接外部から力を与える構造を付加し、無線装置と組み合わせることで人が操作するスイッチとして用いることができる。このようなスイッチは、電源、信号線の配線をしなくとも機能し、例えば、住宅照明用無線スイッチ、住宅セキュリティー用システム（特に、窓やドアの操作検知を無線で知らせるシステム）等に用いることができる。
　また、車両の各スイッチに発電装置１を応用することで、電源、信号線の配線がなくなり、組立工数の削減だけではなく、車両に設ける配線に必要な重量を軽減し、車両などの軽量化を得て、タイヤ、車体、エンジンにかかる負荷を抑制し、安全性にも寄与することができる。
　なお、本実施形態の発電装置１では、平面視において、磁歪素子１０（コイル３）と梁部材７３とが重ならないように配置されているが、磁歪素子１０の一部が梁部材７３と重なる構成であってもよい。具体的には、平面視において、磁歪棒２と梁部材７３とは重ならないが、磁歪棒２に巻回されたコイル３の端部と梁部材７３の端部とが重なる構成であってもよい。かかる構成であっても、コイル３の巻回スペースを十分に確保しつつ、コイル３と梁部材７３とが接触しない範囲で、磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔を十分に小さくすることができ、上記発電装置１で得られる効果と同様の効果を得ることができる。
　なお、発電装置１の発電量は、特に限定されないが、２０～２０００μＪ程度であるのが好ましい。発電装置１の発電量（発電能力）が上記範囲内であれば、例えば、無線装置と組み合わせることで、上述した住宅照明用無線スイッチや住宅セキュリティー用システム等に有効に利用することができる。
　また、本実施形態の発電装置１では、対向する梁として、２つの磁歪素子１０、１０と１つの梁部材７３とを備えているが、これに限定されず、以下のような構成とすることもできる。
　図１１は、本発明の第１実施形態の発電装置の他の構成例を示す平面図である。
　図１１に示す発電装置１では、連結部７が、第１の連結部材７１および第２の連結部材７２の長手方向の両端部同士を連結する２つの梁部材７３を備えている。かかる構成では、各梁部材７３が、磁歪素子１０の外側に配置されているため、コイル３の体積を増大させつつも、磁歪素子１０、１０同士の間隔を小さくして、発電装置１の幅方向（図１１中、上下方向）のサイズを小さくすることができる。なお、かかる構成でも、上述した本実施形態と同様の効果を得ることができる。
　また、発電装置１は、２つ以上の磁歪素子１０と１つ以上の梁部材７３とを備えた構成をとることができる。なお、磁歪素子１０および梁部材７３の総数を変更する場合には、その総数が奇数となるのが好ましい。具体的には、磁歪素子１０の数：梁部材７３の数が、２：３、３：２、３：４、４：３、４：５等となる構成が挙げられる。このような構成では、梁として機能する磁歪棒２と梁部材７３とが発電装置の幅方向に対称に配置されるため、磁歪棒２、各ブロック体４、５、連結部７にかかる応力のバランスが良好となる。
　なお、このような構成の場合には、全梁部材７３を構成する材料（弱磁性材料または非磁性材料）のヤング率の合計が、全磁歪棒２を構成する磁歪材料のヤング率の合計とほぼ等しくなることが好ましい。これにより、第１のブロック体４に対して第２のブロック体５を上下方向へ円滑かつ確実に変位させることができる。
　なお、このような構成の場合には、梁部材７３のバネ定数をＡ［Ｎ／ｍ］、梁部材７３の数をＸ［本］とし、磁歪棒２のバネ定数をＢ［Ｎ／ｍ］、磁歪棒２の数をＹ［本］としたとき、Ａ×Ｘの値とＢ×Ｙの値とがほぼ等しくなることが好ましい。これにより、第１のブロック体４に対して第２のブロック体５を上下方向へ円滑かつ確実に変位させることができる。
　また、上記の説明では、各雄ネジ４３、５３を各雌ネジ部４１２、５０２に螺合することにより、磁歪棒２の両端部２１、２２と各ブロック体４、５との固定および連結部７と各ブロック体４、５との連結を行っているが、各部材の固定、連結は、上記方法に限定されない。例えば、ピンの圧入、溶接、接着剤による接着等の方法により各部材を固定、連結してもよい。
　＜第２実施形態＞
　次に、本発明の発電装置の第２実施形態について説明する。
　図１２は、本発明の発電装置の第２実施形態を示す斜視図である。図１３（ａ）は、図１２に示す発電装置の側面図である。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に示す各磁歪素子からコイルを取り除いた状態を示す図である。図１４（ａ）は、図１に示す第１実施形態の発電装置の磁歪棒と梁部材とに発生する応力を解析した解析図である。図１４（ｂ）は、図１２に示す本実施形態の発電装置の磁歪棒と梁部材とに発生する応力を解析した解析図である。
　なお、以下の説明では、図１２、図１３（ａ），（ｂ）および図１４（ａ），（ｂ）中の上側を「上」または「上方」と言い、図１２、図１３（ａ），（ｂ）および図１４（ａ），（ｂ）中の下側を「下」または「下方」と言う。また、図１２中の紙面右奥側および図１３（ａ），（ｂ）および図１４（ａ），（ｂ）中の右側を「先端」と言い、図１２中の紙面左手前側および図１３（ａ），（ｂ）および図１４（ａ），（ｂ）中の左側を「基端」と言う。
　以下、第２実施形態の発電装置について、前記第１実施形態の発電装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
　第２実施形態の発電装置１では、第１のブロック体４および第２のブロック体５の形状が異なり、それ以外は、前記第１実施形態の発電装置１と同様である。
　以下、各ブロック体４、５の構成について説明する。
　（第１のブロック体４、第２のブロック体５）
　図１２および図１３（ａ），（ｂ）に示すように、第１のブロック体４は、略直方体状をなしており、先端側に基端側よりも２段低くなるように階段状（段差状）に形成された段差部４５が形成されている。段差部４５は、先端側に磁歪棒２の基端部２１が載置される第１の段差面４５１と、第１の段差面４５１より基端側に第１の段差面４５１よりも１段高く設けられ、第１の連結部材７１の一部が載置される第２の段差面４５２とを有している。
　また、段差部４５には、第１の段差面４５１の幅方向の両端付近に、その厚さ方向に貫通する一対の雌ネジ部４５３が形成されており、２つの雄ネジ４３と螺合するように構成されている。また、第１のブロック体４には、第１実施形態の発電装置１が備える第１のブロック体４と同様にして、基端部側に雌ネジ部４２１、溝４２２が形成されており、この雌ネジ部４２１を挿通し、雄ネジ４４を筐体等に螺合して、第１のブロック体４を筐体に固定する。
　また、第２のブロック体５は、上記第１のブロック体４と同様に、略直方体状をなしており、基端側に先端側よりも２段低くなるように階段状（段差状）に形成された段差部５５が形成されている。段差部５５は、基端側に磁歪棒２の先端部２２が載置される第１の段差面５５１と、第１の段差面５５１より先端側に第１の段差面５５１よりも１段高く設けられ、第２の連結部材７２の一部が載置される第２の段差面５５２とを有している。
　また、段差部５５には、第１の段差面５５１の幅方向の両端付近に、その厚さ方向に貫通する一対の雌ネジ部５５３が形成されており、２つの雄ネジ５３と螺合するように構成されている。
　なお、各ブロック体４、５の第２の段差面４５２、５５２から第１の段差面４５１、５５１までの高さは、いずれも磁歪棒２の各端部２１、２２の厚さとほぼ等しくなるように設定されている。
　かかる構成では、基端側において、磁歪棒２の基端部２１を第１のブロック体４の第１の段差面４５１に載置するとともに、第１の連結部材７１の基端部を第２の段差面４５２に当接した状態で、雄ネジ４３を貫通孔７１１に挿通し、雌ネジ部４５３に螺合する。その際に、第１の連結部材７１が各磁歪素子１０の第１のブロック体４にネジ止めされ、また、第１の連結部材７１の底面と第１の段差面４５１との間で基端部２１が狭持されることにより、磁歪棒２が第１のブロック体４に固定される。これにより、磁歪棒２と第１のブロック体４との固定および第１の連結部材７１と２つの第１のブロック体４との連結を行うことができる。
　また、先端側において、基端側と同様にして、磁歪棒２の先端部２２を第２のブロック体５の第１の段差面５５１に載置するとともに、第２の連結部材７２の基端を第２の段差面５５２に当接した状態で、雄ネジ５３を貫通孔７１１に挿通し、雌ネジ部５５３に螺合する。その際に、第２の連結部材７２が各磁歪素子１０の第２のブロック体５にネジ止めされ、また、第２の連結部材７２の底面と第１の段差面５５１との間で先端部２２が狭持されることにより、磁歪棒２が第２のブロック体５に固定される。これにより、磁歪棒２と第２のブロック体５との固定および第２の連結部材７２と２つの第２のブロック体５との連結を行うことができる。
　上記のようにして各磁歪素子１０の磁歪棒２、第１のブロック体４、第２のブロック体５および連結部７を固定、連結することにより、図１３（ａ）および（ｂ）に示すように、側面視において、磁歪棒２の上面と梁部材７３の下面とがほぼ一致する。
　このような発電装置１では、磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔が極めて小さいため、その先端（第２のブロック体５）に対して外力が付与されると、磁歪棒２および梁部材７３は、図７に示すような１つの梁の曲げ変形に近い変形をする。このような磁歪棒２には、上述したように、その全体に一様な応力を生じさせることができるとともに、比較的小さい外力を付与するだけで、大きく変形させることができる。
　さらに、前記第１実施形態の発電装置１と同様に、磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔が小さくても、磁歪棒２、２同士の間隔を大きくすることにより、磁歪棒２に巻回するコイルの体積を大きくすることができる。
　以上のような理由から、発電装置１の発電効率をさらに優れたものとすることができる。
　ここで、第１実施形態の発電装置１および本実施形態の発電装置１の各先端に対して外力を付与した際に磁歪棒２に発生する応力について、図１４（ａ），（ｂ）を参照して説明する。なお、図１４（ａ），（ｂ）中、黒塗部分は伸長応力を示し、白塗部分は収縮応力を示す。
　第１実施形態の発電装置１では、先端に対して下方に外力を付与した場合、図１４（ａ）に示すように、磁歪棒２の基端側の上部と先端側の下部とにわずかながら伸長応力が発生するものの、磁歪棒２全体にほぼ一様な収縮応力が発生している。これに対して、本実施形態の発電装置１では、図１４（ｂ）に示すように、第１実施形態の発電装置１よりも、図７に示すような１つの梁の曲げ変形に近い変形を示し、磁歪棒２全体により一様な収縮応力が発生していることが分かる。
　かかる第２実施形態の発電装置１によっても、前記第１実施形態の発電装置１と同様の作用・効果を生じる。
　＜第３実施形態＞
　次に、本発明の発電装置の第３実施形態について説明する。
　図１５は、本発明の発電装置の第３実施形態を示す斜視図である。図１６は、図１５に示す発電装置の分解斜視図である。図１７（ａ）は、図１５に示す発電装置の右側面図である。図１７（ｂ）は、図１７（ａ）に示す各磁歪素子からコイルを取り除いた状態を示す図である。図１８は、図１５に示す発電装置の正面図である。図１９（ａ）は、図１５に示す発電装置（コイルは省略）を振動体に取り付けた状態を示す右側面図である。図１９（ｂ）は、図１９（ａ）に示す発電装置の先端に対して、下方向に外力を付与した状態を示す図である。図２０は、図１５に示す第３実施形態の発電装置の磁歪棒と梁部材とに発生する応力を解析した解析図である。
　なお、以下の説明では、図１５、図１６、図１７（ａ），（ｂ）、図１８、図１９（ａ），（ｂ）および図２０中の上側を「上」または「上方」と言い、図１５、図１６、図１７（ａ），（ｂ）、図１８、図１９（ａ），（ｂ）および図２０中の下側を「下」または「下方」と言う。また、図１５および図１６中の紙面右奥側および図１７（ａ），（ｂ）、図１９（ａ），（ｂ）および図２０中の右側を「先端」と言い、図１５および図１６中の紙面左手前側および図１７（ａ），（ｂ）、図１９（ａ），（ｂ）および図２０中の左側を「基端」と言う。
　以下、第３実施形態の発電装置について、前記第１および第２実施形態の発電装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
　第３実施形態の発電装置１では、第２のブロック体５として第２実施形態の発電装置１が備える第２のブロック体５を用いることにより、連結部７の梁部材７３が基端から先端に向かって下方に傾斜するように構成されており、それ以外は、前記第１実施形態の発電装置１と同様である。
　図１５～図１８に示すように、本実施形態の発電装置１では、第２のブロック体５として、第２実施形態の発電装置１が備える第２のブロック体５を用いる。そのため、図１７（ａ），（ｂ）に示すように、第１のブロック体４に連結される第１の連結部材７１の配設位置は、第２のブロック体５に連結される第２の連結部材７２の配設位置よりも高くなる。
　このような連結部７は、前記第１実施形態と同様の連結部７を用意し、例えば、プレス加工、曲げ加工または鍛造加工等により、梁部材７３に対して第１の連結部材７１と第２の連結部材７２とを反対方向に屈曲させることにより形成することができる。このような方法を用いることにより、第１の連結部材７１と梁部材７３とのなす角度および第２の連結部材７２と梁部材７３とのなす角度を容易に調整することができる。
　本実施形態の発電装置１では、磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔が、基端側から先端側に向かって小さくなるように構成されている。言い換えれば、磁歪棒２と梁部材７３とが、基端側から先端側にテーパーがかかった梁構造（テーパー梁構造）となっている（図１７（ｂ）参照）。かかる構成では、磁歪棒２と梁部材７３とからなる一対の梁は、基端側から先端側に向かって変位方向（上下方向）への剛性が低くなる。これにより、発電装置１の先端（第２のブロック体５）に外力が付与されると、磁歪棒２および梁部材７３は上下方向により円滑に変位することができ（図１９（ａ）および（ｂ）参照）、その結果、磁歪棒２に発生する応力の厚さ方向におけるバラつきをより少なくすることができる。
　また、かかる発電装置１では、第１のブロック体４の高背部４１の高さを低く設計して、高背部４１の上面からスリット４１１までの長さを短くすることにより、側面視において、磁歪棒２と梁部材７３との基端側での間隔（基端側での梁間隔）を小さくすることができる。前述したように、このような発電装置１では、磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔が小さくなると、先端（第２のブロック体５）に外力を付与した際に、磁歪棒２全体に一様な応力を発生させることができる。
　したがって、本実施形態の発電装置１では、上記テーパー梁構造の基端側の梁間隔を小さく設計することにより、磁歪棒２の長手方向および厚さ方向のいずれの方向にも、一様な応力を確実に発生させることができる（図２０参照）。また、かかる構成では、磁歪棒２と梁部材７３とからなる一対の梁が、基端側から先端側に向かって変位方向への剛性が低くなっているため、前記第２実施形態の発電装置１と同様に、比較的小さい外力でも、磁歪棒２を上下方向に大きく変形させることができる。
　さらに、前記第１実施形態および前記第２実施形態の発電装置１と同様に、側面視における磁歪棒２と梁部材７３との間隔が小さくても、磁歪素子１０、１０同士の間隔を大きくすることにより、磁歪棒２に巻回するコイル３の体積を大きくすることができる。
　以上のような理由から、発電装置１の発電効率をさらに優れたものとすることができる。
　なお、側面視において、磁歪棒２と梁部材７３とのなす角度（テーパー角度）は、特に限定されないが、０．５～１０°程度であるのが好ましく、１～７°程度であるのがより好ましい。磁歪棒２と梁部材７３とのなす角度が上記範囲内であれば、磁歪棒２と梁部材７３とで上記テーパー梁構造を構成しつつも、基端側における磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔を十分に小さくすることができる。これにより、磁歪棒２の長手方向および厚さ方向のいずれの方向にも、より一様な応力を発生させることができる。
　なお、梁部材７３によって、磁歪棒２に初期荷重（バイアス応力）を付与する構成であってもよい。
　例えば、梁部材７３の長さを短くすることによって、磁歪棒２には自然状態で伸長応力が付与される。この場合には、第２のブロック体５に対して上方に外力が付与されると、バイアス応力が付与されていない場合に比べて、磁歪棒２がより大きく上方へと変位する。これにより、磁歪棒２に発生する伸長応力をより大きくすることができ、発電装置１の発電効率をさらに向上させることができる。
　また、梁部材７３の長さを長くすることによって、磁歪棒２には自然状態で収縮応力が付与される。この場合には、第２のブロック体５に対して下方に外力が付与されると、バイアス応力が付与されていない場合に比べて、磁歪棒２がより大きく下方へと変位する。これにより、磁歪棒２に発生する収縮応力をより大きくすることができ、発電装置１の発電効率をさらに向上させることができる。
　かかる第３実施形態の発電装置１によっても、前記第１および第２実施形態の発電装置１と同様の作用・効果を生じる。
　＜第４実施形態＞
　次に、本発明の発電装置の第４実施形態について説明する。
　図２１は、本発明の発電装置の第４実施形態を示す斜視図である。図２２（ａ）および図２２（ｂ）は、図２１に示す発電装置が備えるコイルのボビンを示す斜視図である。図２３（ａ）および図２３（ｂ）は、図２１に示す発電装置が備える磁歪棒およびコイルを示す斜視図である。図２３（ｃ）は、図２３（ａ）の磁歪棒およびコイルをＢ－Ｂ線で切断した断面を示す斜視図である。図２４（ａ）は、図２１に示す発電装置を振動体に取り付けた状態を説明するための側面図である。図２４（ｂ）は、振動体に取り付けた図２１に示す発電装置の縦断面図（図２１中のＡ－Ａ線断面図）である。
　なお、以下の説明では、図２１、図２２（ａ），（ｂ）、図２３（ａ），（ｂ），（ｃ）および図２４（ａ），（ｂ）中の上側を「上」または「上方」と言い、図２１、図２２（ａ），（ｂ）、図２３（ａ），（ｂ），（ｃ）および図２４（ａ），（ｂ）中の下側を「下」または「下方」と言う。また、図２１中の紙面右手前側および図２４（ａ），（ｂ）中の右側を「先端」と言う。また、図２１中の紙面左奥側および図２４（ａ），（ｂ）中の左側を「基端」と言う。
　また、図２２（ａ）では、ボビンの先端側が紙面右手前側となるように示されている。また、図２２（ｂ）では、ボビンの基端側が紙面右手前側となるように示されている。また、図２３（ａ），（ｃ）では、磁歪棒およびコイルの先端側が紙面右手前側となるように示されている。また、図２３（ｂ）では、磁歪棒およびコイルの基端側が紙面右手前側となるように示されている。
　以下、第４実施形態の発電装置について、前記第１、第２および第３実施形態の発電装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
　第４実施形態の発電装置１では、コイル３の構成が異なり、それ以外は、前記第１実施形態の発電装置１と同様である。すなわち、本実施形態の発電装置１では、コイル３が、磁歪棒２の外周側に、磁歪棒２を囲むように配置されたボビン３２と、このボビン３２に巻回された線材３１とで構成されている。
　図２２（ａ），（ｂ）に示すように、ボビン３２は、線材３１が巻回される長尺状の本体部３３と、本体部３３の基端と連結する第１の鍔部３４と、本体部３３の先端と連結する第２の鍔部３５とを有している。なお、このようなボビン３２は、各部材を溶接等により連結した構成であってもよいが、各部材が一体的に形成されているのが好ましい。
　本体部３３は、長尺状の一対の側板部３３１、３３２と、基端側において、一対の側板部３３１、３３２の上端部同士を連結する上板部３３３および下端部同士を連結する底板部３３４とを備えている。なお、本体部３３を構成する各側板部３３１、３３２、上板部３３３および底板部３３４は、いずれも、平板状をなしている。
　この本体部３３は、その基端側に、一対の側板部３３１、３３２、上板部３３３および底板部３３４で規定される四角筒状の部分を有しており、この四角筒状の部分の内側に磁歪棒２が挿通される。
　一対の側板部３３１、３３２同士の間隔は、磁歪棒２の幅よりも大きく設計されており、磁歪棒２は、一対の側板部３３１、３３２から離間した状態で、これらの間に配置される。また、上板部３３３と底板部３３４との間隔は、磁歪棒２の厚さと略等しくなるように構成されている。磁歪棒２は、この上板部３３３と底板部３３４との間に挿入され、これにより、磁歪棒２の基端側の一部が上板部３３３と底板部３３４とにより狭持される（図２３（ｃ）参照）。
　この本体部３３の外周に、その基端から先端にわたって線材３１が巻回される。
　本体部３３の基端側には、本体部３３（側板部３３１、３３２、上板部３３３および底板部３３４）と連結する平板状の第１の鍔部３４が設けられている（図２２（ｂ）参照）。
　第１の鍔部３４は、略楕円形状をなしている。この第１の鍔部３４には、本体部３３と連結する位置に、磁歪棒２が挿通されるスリット３４１が形成されている。このスリット３４１の形状は、磁歪棒２の横断面形状と略等しくなるように形成されている。
　また、第１の鍔部３４の下端部３４２は、発電装置１を振動体１００に取り付ける際に、振動体１００に当接するように構成されている。
　さらに、第１の鍔部３４には、スリット３４１よりも下側の位置において、第１の鍔部３４から基端方向に突出する突出部３６が設けられている。本実施形態の発電装置１では、第１の鍔部３４の突出部３６より上側の部分が第１のブロック体４（高背部４１）の先端側の面に接するとともに、突出部３６が第１のブロック体４の底面に接するようにして、ボビン３２が磁歪素子１０に取り付けられている。突出部３６の下側の面には、突出部３６の幅方向に沿って形成された２つの溝３６１が形成されている。図示しないが、発電装置１を取り付ける振動体１００に、あらかじめ、２つの溝３６１に対応する２つの突起を設けた場合には、発電装置１の各溝３６１を振動体１００の対応する突起に嵌め込むことにより、発電装置１を振動体１００の所定の位置に容易に設置することができる。すなわち、発電装置１の位置決めが容易になる。
　また、本体部３３の先端側には、本体部３３（側板部３３１、３３２）と連結する平板状の第２の鍔部３５が設けられている（図２２（ａ）参照）。
　第２の鍔部３５は、略楕円形状をなしている。この第２の鍔部３５には、本体部３３（側板部３３１、３３２）が連結する位置に、磁歪棒２が挿通される略四角形状の開口部３５１が形成されている。この開口部３５１の幅は、一対の側板部３３１、３３２同士の間隔と略等しく、また、開口部３５１の上端から下端までの距離は、各側板部３３１の短手方向の長さと略等しくなるように設計されている。
　また、第２の鍔部３５の下端部３５２は、発電装置１を振動体１００に取り付ける際に、振動体１００に当接するように構成されている。さらに、下端部３５２には、その幅方向の両端部側から先端方向に突出する２つの突起部３５３が形成されている。下端部３５２および突起部３５３は、第１の鍔部３４の下端部３４２とともに、振動体１００に対してボビン３２を支持する。
　この第２の鍔部３５は、ボビン３２が磁歪素子１０に取り付けられた状態において、第２のブロック体５と離間している。
　図２４（ｂ）に示すように、本実施形態の発電装置１では、磁歪棒２の変位（振動）方向（図２４（ｂ）の上下方向）における磁歪棒２とボビン３２または線材３１との間に、ボビン３２の中央付近から先端にわたって、空隙が形成されている。この空隙は、振動体１００の振動により磁歪棒２が変位する際に、磁歪棒２とボビン３２または線材３１とが干渉しないサイズ、すなわち、磁歪棒２の振幅より大きいサイズを有するように設計されている。そのため、磁歪棒２は、コイル３（線材３１およびボビン３２）と接触することなく振動することができる。かかる構成では、磁歪棒２とコイル３との間の摩擦によるエネルギーロスが発生するのを防止することができる。
　また、本実施形態の発電装置１では、磁歪棒２（磁歪素子１０）および梁部材７３が変形する際に、その変形とともにコイル３（線材３１およびボビン３２）は変形しない。一般的に、コイルを構成する線材やボビンは、その変形に伴うエネルギー損失量が大きい、すなわち、損失係数が大きい部材である。したがって、本実施形態の発電装置１では、損失係数の大きいコイル３の線材３１およびボビン３２が変形することによるエネルギーロス（構造減衰）の発生が防止される。さらに、発電装置１では、質量が大きいコイル３が、磁歪棒２の振動に付随して変位しない。すなわち、かかる発電装置１では、磁歪棒２を振動させる振動系の質量として、コイル３の質量が含まれない。そのため、発電装置１では、磁歪棒とともにコイルも変位するような発電装置に比べて、磁歪棒２（振動系）の振動周波数の低下を防止することができる。これにより、磁歪棒２の時間当たりの磁束密度の変化量（磁束密度の変化勾配）が小さくなるのを防止し、発電効率の低下を防止することができる。
　このように、発電装置１では、磁歪棒２とコイル３との間の摩擦によるエネルギーロス、および損失係数が大きいコイル３が変形することによるエネルギーロスの発生を防止することができる。さらに、質量が大きいコイル３が変位することによる振動周波数の低下を防止することができる。これにより、振動体１００の振動を効率良く磁歪棒２（磁歪素子１０）の変形に用いることができ、その結果、発電装置１の発電効率を向上させることができる。
　また、ボビン３２内に形成される空隙のサイズは、一対の側板部３３１、３３２の短手方向の長さを変更し、この変更に合わせて開口部３５１の上端から下端までの距離を変更することにより、自由に設定することができる。
　なお、ボビン３２の構成材料としては、例えば、連結部７の構成材料と同様の材料を用いることができる。
　かかる第４実施形態の発電装置１によっても、前記第１、第２および第３実施形態の発電装置１と同様の作用・効果を生じる。
　以上、本発明の発電装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各構成は、同様の機能を発揮し得る任意のものと置換することができ、あるいは、任意の構成のものを付加することができる。
　例えば、前記第１～第４実施形態の任意の構成を組み合わせることもできる。
　また、２つの永久磁石のうち一方を省略することもでき、永久磁石の一方または双方を電磁石に置き換えることもできる。さらに、本発明の発電装置は、双方の永久磁石を省略し、外部磁場（外部磁界）を用いて発電する構成とすることもできる。
　また、前記各実施形態において、磁歪棒および梁部材は、いずれも、その横断面形状が長方形状をなしているが、例えば、円形状、楕円形状、三角形状、正方形状、六角形状のような多角形状であってもよい。
　また、前記各実施形態の永久磁石は、いずれも円柱状をなしているが、角柱状、平板状、三角柱状をなしていてもよい。
　次に、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
　なお、以下に示す各実施例の発電装置１は、いずれも、磁歪棒２の両端部２１、２２を除く長さが２１．６５ｍｍ、幅が３ｍｍ、厚さが０．５ｍｍであり、梁部材７３の幅が３ｍｍ、厚さが０．５ｍｍであった。
　（実施例１）
　図１に示す構成の発電装置１（図１参照）を用意した。なお、磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔（側面視における磁歪棒２の上面と梁部材７３の下面との距離）は２．０ｍｍであった。
　（実施例２）
　図１２に示す構成の発電装置１（図１２参照）を用意した。なお、磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔は、０ｍｍであった。
　（実施例３）
　図１５に示す構成の発電装置１（図１５参照）を用意した。この発電装置１では、基端および先端における磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔を、それぞれ、２．０ｍｍ、０ｍｍに設定して、磁歪棒２と梁部材７３とのなす角度（テーパー角度）が約２．７°となるように設計した。
　（実施例４）
　図２５に示す構成の発電装置１（図２５参照）を用意した。この発電装置１では、基端および先端における磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔を、それぞれ、１．０ｍｍ、０ｍｍに設定して、磁歪棒２と梁部材７３とのなす角度（テーパー角度）が約１°となるように設計した。
　（応力分布評価）
　以上の各実施例について、その先端（第２のブロック体５）に対して外力を付与した際に磁歪棒２の厚さ方向および長手方向に発生する応力を測定した。なお、第２のブロック体５に対して付与する外力の大きさは２０Ｎとした。
　図２６（ａ）～（ｄ）は、それぞれ、実施例１～４の発電装置１について、磁歪棒２の厚さ方向の各領域における長手方向に沿った応力を示すグラフである。なお、各グラフでは、正の値の応力が伸長応力を示し、負の値の応力が収縮応力を示している。
　各磁歪棒２の上面（Ｚ＝０）、上面から０．１ｍｍの領域（Ｚ＝０．１）、上面から０．２ｍｍの領域（Ｚ＝０．２）、上面から０．３ｍｍの領域（Ｚ＝０．３）、上面から０．４ｍｍの領域（Ｚ＝０．４）および上面から０．５ｍｍの領域（下面、Ｚ＝０．５）における長手方向に沿った応力の測定を行った（図２６（ａ）～（ｄ）参照）。この応力の測定結果から、各発電装置１の磁歪棒２全体に発生した応力の平均値（平均応力Ｘ）、磁歪棒２に発生した応力の最大値と最小値との差（応力差Ｙ）およびＹ／Ｘを求めた。なお、各磁歪棒２の厚さ方向における応力のバラつきは、上記Ｙ／Ｘの値から評価することができる。これらの評価結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　実施例１と実施例２との比較から、磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔が小さい方が磁歪棒２に発生する応力（平均応力）が大きくなることが分かる。
　また、実施例１と実施例３との比較から、磁歪棒２と梁部材７３とがテーパー梁構造をなすことにより、磁歪棒２の厚さ方向における応力のバラつきが小さくなることが分かる。
　上記の結果から、磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔を小さくすることにより、磁歪棒２に発生する応力が大きくなり、磁歪棒２と梁部材７３とがテーパー梁構造をなすことにより、磁歪棒２の厚さ方向における応力のバラつきが小さくなることが分かる。したがって、基端における磁歪棒２と梁部材７３との梁間隔が小さく、かつテーパー梁構造をなす実施例４の構成であれば、磁歪棒２に発生する平均応力を高くしつつ、その厚さ方向における応力のバラつきを小さくすることができる。
　発電効率としては、テーパー梁構造をなす実施例３および４の各発電装置１が、平行梁構造をなす実施例１および２の各発電装置１よりも高く、特に、実施例４の発電装置１の発電効率が高い傾向にある。
　本発明によれば、磁歪棒同士の間隔を任意に設定することができる。このため、磁歪棒同士の間隔を大きくすることにより、磁歪棒にコイルを巻回するスペースを十分に確保することができ、その結果、コイルの体積を大きくすることができる。また、平面視において、磁歪棒と梁部材とが、重ならないよう配置されているため、側面視における磁歪棒と梁部材との間隔を十分に小さくすることができる。これにより、コイルの体積を増大させつつ、磁歪棒に生じる応力を均一にすることができ、発電装置の発電効率を優れたものとすることができる。したがって、本発明は、産業上の利用可能性を有する。

Claims (17)

  1. 　併設された少なくとも２つの磁歪素子と、
    　前記磁歪素子の一端側同士を連結する第１の連結部材と、前記磁歪素子の他端側同士を連結する第２の連結部材と、前記第１の連結部材と前記第２の連結部材とを連結する少なくとも１つの梁部材とを備える連結部とを有し、
    　各前記磁歪素子は、磁歪材料で構成され、軸方向に磁力線を通過させる磁歪棒と、該磁歪棒の外周に巻回されたコイルとを備え、一端に対して他端を、前記磁歪棒の軸方向とほぼ垂直な方向に相対的に変位させて前記磁歪棒を伸縮させることにより、前記磁力線の密度を変化させて前記コイルに電圧を発生するように構成され、
    　平面視において、各前記磁歪素子の前記磁歪棒と前記梁部材とが重ならないよう配置されていることを特徴とする発電装置。
  2. 　平面視において、各前記磁歪素子の前記コイルと前記梁部材とが重ならないよう配置されている請求項１に記載の発電装置。
  3. 　平面視において、前記梁部材は、前記磁歪棒同士の間に配置されている請求項１または２に記載の発電装置。
  4. 　前記磁歪素子と前記梁部材との総数が奇数となるように構成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の発電装置。
  5. 　側面視において、各前記磁歪素子の前記磁歪棒と前記梁部材とが重ならないよう配置されている請求項１ないし４のいずれかに記載の発電装置。
  6. 　前記コイルは、前記磁歪棒の外周側に、前記磁歪棒を囲むように配置されたボビンと、該ボビンに巻回された線材とを備え、
    　前記磁歪棒と前記ボビンとの間には、少なくとも前記磁歪棒の前記他端側において空隙が形成されている請求項１ないし５のいずれかに記載の発電装置。
  7. 　各前記磁歪素子の前記他端の変位は、前記磁歪棒に振動を付与することによりなされ、前記空隙は、前記ボビンと振動する前記磁歪棒とが干渉しないようなサイズを有する請求項６に記載の発電装置。
  8. 　前記梁部材は、非磁性材料で構成されている請求項１ないし７のいずれかに記載の発電装置。
  9. 　前記梁部材のバネ定数をＡ［Ｎ／ｍ］、前記梁部材の数をＸ［本］とし、前記磁歪棒のバネ定数をＢ［Ｎ／ｍ］、前記磁歪棒の数をＹ［本］としたとき、Ａ×Ｘの値とＢ×Ｙの値とがほぼ等しい請求項１ないし８のいずれかに記載の発電装置。
  10. 　前記梁部材を構成する材料のヤング率を８０～２００ＧＰａとし、前記磁歪棒を構成する磁歪材料のヤング率を３０～１００ＧＰａとする請求項１ないし９のいずれかに記載の発電装置。
  11. 　前記梁部材は、前記第１の連結部材および前記第２の連結部材と一体的に形成されている請求項１ないし１０のいずれかに記載の発電装置。
  12. 　各前記磁歪素子の前記磁歪棒には、自然状態で前記梁部材により伸長応力または収縮応力が付与されている請求項１ないし１１のいずれかに記載の発電装置。
  13. 　各前記磁歪素子は、さらに、前記磁歪棒の一方の端部を収容する収容部を備える第１のブロック体と、前記磁歪棒の他方の端部を収容する収容部を備える第２のブロック体とを備え、
    　前記第１の連結部材が前記第１のブロック体にネジ止めされ、前記第２の連結部材が前記第２のブロック体にネジ止めされる請求項１ないし１２のいずれかに記載の発電装置。
  14. 　前記磁歪棒は、平板状をなし、
    　前記収容部は、前記磁歪棒の前記端部を挿入するスリットで構成されている請求項１３に記載の発電装置。
  15. 　前記磁歪棒は、平板状をなし、
    　前記収容部は、前記磁歪棒の前記端部を載置する段差部で構成されている請求項１３または１４に記載の発電装置。
  16. 　着磁方向が、前記磁歪素子が併設された併設方向となるようにして配置された少なくとも１つの永久磁石を有し、
    　該永久磁石は、前記磁歪素子の前記第１のブロック体同士の間および前記磁歪素子の前記第２のブロック体同士の間の少なくとも一方に配置されている請求項１３ないし１５のいずれかに記載の発電装置。
  17. 　着磁方向が、前記磁歪素子が併設された併設方向となるようにして配置された少なくとも１つの永久磁石を有する請求項１ないし１６のいずれかに記載の発電装置。
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