(57)【要約】【課題】重い振動物や大きな衝撃に対する耐久性の高い発電デバイスを提供する。【解決手段】Ｘ型発電装置１００は、第１の基板１０と、第２の基板２０と、第１の基板１０と第２の基板２０との間に設けられた第１の発電素子３０と、第１の基板１０と第２の基板２０との間に設けられ、第１の基板１０の表面と平行な一の方向に見たときに第１の発電素子３０と立体交差する第２の発電素子４０とを備え、第１の発電素子３０及び第２の発電素子４０は、逆磁歪効果により発電する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、
前記第１の基板と対向して配置された第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられ、前記第１の基板に一端が接続され前記第２の基板に他端が接続された第１の発電素子と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられ、前記第１の基板に一端が接続され前記第２の基板に他端が接続され、前記第１の基板の表面と平行な一の方向に見たときに前記第１の発電素子と立体交差する第２の発電素子とを備え、
前記第１の発電素子及び前記第２の発電素子は、それぞれ、
磁歪材料で構成された少なくとも１本の磁歪棒と、
前記磁歪棒の周囲に巻き回され、前記磁歪棒の磁束の変化により電流を発生するコイルと、
磁性体で構成され前記磁歪棒の両端を支持するヨークと
を有し、
前記第１の発電素子及び前記第２の発電素子は、逆磁歪効果により発電する
Ｘ型発電デバイス。
【請求項２】
前記第２の発電素子は、前記一の方向と直交しかつ前記第１の基板の表面と平行な他の方向に見たときに前記第１の発電素子と平行に配置されている
請求項１に記載のＸ型発電デバイス。
【請求項３】
前記Ｘ型発電デバイスは、
前記第１の発電素子と前記第２の発電素子とで構成される発電部を複数備え、
前記複数の発電部は、それぞれの前記一の方向が同一方向となるように配置されている
請求項２に記載のＸ型発電デバイス。
【請求項４】
前記Ｘ型発電デバイスは、
前記第１の発電素子と前記第２の発電素子とで構成される発電部を２つ備え、
前記２つの発電部は、それぞれの前記一の方向が直交するように配置されている
請求項２に記載のＸ型発電デバイス。
【請求項５】
前記複数の発電部は、前記一の方向および前記他の方向に行列状に配置されている
請求項３に記載のＸ型発電デバイス。
【請求項６】
前記複数の発電部は、前記一の方向又は前記他の方向に連続して配置され、
前記複数の発電部の上方に、前記一の方向又は前記他の方向に長尺な板状のレールを有する
請求項３に記載のＸ型発電デバイス。
【請求項７】
前記第１の基板と前記第２の基板との間に、前記第２の基板の振動を緩衝する緩衝部材を備える
請求項１〜６のいずれか１項に記載のＸ型発電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動を利用した発電デバイスに関し、特に、磁歪材料を使用した発電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、身近な振動から発電を行うための技術の開発が盛んに行われており、その技術の１つとして圧電素子を用いた発電方法や永久磁石の磁束密度の変化を利用した発電方法が知られている。
【０００３】
圧電素子を利用した発電方法の多くは、圧電素子に何らかの方法で外部から力を加えることにより、圧電素子を変形させて発電するものである。圧電素子を変形させるには、例えば、圧電素子に振動を加えて変形させる方法、風圧や音圧などの圧力を間接的に与える方法、錘などの物体を圧電素子に衝突させる方法、変形する物体に圧電素子を取り付ける方法などがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、音による空気の圧力変動を利用して圧電素子により発電する音力発電装置、および、振動による圧力変動を利用して圧電素子により発電する振動力発電装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１６６６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、圧電材料は、脆性材料であり、曲げや衝撃に対して弱い材料である。そのため、過度な負荷を加えることができず、重い振動物を載置したり発電量を増加するために大きな衝撃を加えたりすることが難しいという問題がある。
【０００６】
上記課題に鑑み、本発明は、重い振動物や大きな衝撃に対する耐久性の高い発電デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を達成するため、本発明の一形態に係るＸ型発電デバイスは、第１の基板と、前記第１の基板と対向して配置された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられ、前記第１の基板に一端が接続され前記第２の基板に他端が接続された第１の発電素子と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられ、前記第１の基板に一端が接続され前記第２の基板に他端が接続され、前記第１の基板の表面と平行な一の方向に見たときに前記第１の発電素子と立体交差する第２の発電素子とを備え、前記第１の発電素子及び前記第２の発電素子は、それぞれ、磁歪材料で構成された少なくとも１本の磁歪棒と、前記磁歪棒の周囲に巻き回され、前記磁歪棒の磁束の変化により電流を発生するコイルと、磁性体で構成され前記磁歪棒の両端を支持するヨークとを有し、前記第１の発電素子及び前記第２の発電素子は、逆磁歪効果により発電する。
【０００８】
この構成によれば、発電デバイスをＸ型の構造にすることにより、片持ち梁の構造にした場合よりも発電量が大きくかつ発電量が安定した発電を行うことができる。また、発電デバイスをＸ型の構造にすることにより、第２の基板の表面と垂直な方向だけでなく、平行な方向の振動（曲げ力）に対しても発電を行うことができる。
【０００９】
また、前記第２の発電素子は、前記一の方向と直交しかつ前記第１の基板の表面と平行な他の方向に見たときに前記第１の発電素子と平行に配置されていることが好ましい。
【００１０】
また、前記Ｘ型発電デバイスは、前記第１の発電素子と前記第２の発電素子とで構成される発電部を複数備え、前記複数の発電部は、それぞれの前記一の方向が同一方向となるように配置されていることが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、Ｘ型発電デバイスの、曲げ力に対する耐久性をより大きくすることができる。また、Ｘ型発電デバイスの発電量を２倍に増加することができる。
【００１２】
また、前記Ｘ型発電デバイスは、前記第１の発電素子と前記第２の発電素子とで構成される発電部を２つ備え、前記２つの発電部は、それぞれの前記一の方向が直交するように配置されていることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、Ｘ型発電デバイスは、上記した一の方向及び他の方向のいずれの方向の振動に対しても発電を行うことができる。
【００１４】
また、前記複数の発電部は、前記一の方向および前記他の方向に行列状に配置されていることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、第２の基板のいずれの位置に曲げ力が加えられた場合であっても、いずれかの発電部で発電をすることができるため、曲げ力の位置にかかわらず発電をすることができる。さらに、複数の発電部を行列状に配置することにより、曲げ力に対する耐久性をより大きくすることができる。
【００１６】
また、前記複数の発電部は、前記一の方向又は前記他の方向に連続して配置され、前記複数の発電部の上方に、前記一の方向又は前記他の方向に長尺な板状のレールを有することが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、Ｘ型発電デバイスの破壊を抑制しつつ、発電を行うことができる。
【００１８】
また、前記第１の基板と前記第２の基板との間に、前記第２の基板の振動を緩衝する緩衝部材を備えることが好ましい。
【００１９】
この構成によれば、レール上を移動する物体が移動時に生じる振動により、発電を行うことができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、本発明は、重い振動物や大きな衝撃に対する耐久性の高い発電デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施の形態１に係るＸ型発電デバイスの構成を示す概略図（斜視図）である。
【図２】図１に示したＸ型発電デバイスの上面図である。
【図３】図１に示したＸ型発電デバイスの正面図である。
【図４】発電素子の構成を示す概略図である。
【図５】Ｘ型発電デバイスの動作の説明をするための図である。
【図６Ａ】Ｘ型発電デバイスのメリットについて説明するための概略図である。
【図６Ｂ】Ｘ型発電デバイスのメリットについて説明するための概略図である。
【図６Ｃ】Ｘ型発電デバイスのメリットについて説明するための概略図である。
【図６Ｄ】Ｘ型発電デバイスのメリットについて説明するための概略図である。
【図７】実施の形態１の変形例に係るＸ型発電デバイスの構成を示す概略図（上面図）である。
【図８】実施の形態２に係るＸ型発電デバイスの構成を示す概略図（上面図）である。
【図９】実施の形態３に係るＸ型発電デバイスの構成を示す概略図（上面図）である。
【図１０】実施の形態３の変形例に係るＸ型発電デバイスの構成を示す概略図（上面図）である。
【図１１】実施の形態４に係るＸ型発電デバイスの構成を示す概略図（正面図）である。
【図１２】実施の形態５に係るＸ型発電デバイスの構成を示す概略図（正面図）である。
【図１３】Ｘ型発電デバイスの構成の変形例を示す概略図（正面図）である。
【図１４】発電素子の構成の変形例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態などは一例である。したがって、これらの各形態により、本発明が限定されるものではない。本発明は、特許請求の範囲だけによって限定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。
【００２３】
（実施の形態１）
はじめに、Ｘ型発電デバイスの構成について説明する。図１は、本実施の形態に係るＸ型発電装置の構成を示す斜視図、図２は、上面図、図３は正面図である。
【００２４】
図１に示されるように、Ｘ型発電デバイス１００は、第１の基板１０と、第２の基板２０と、第１の発電素子３０と、第２の発電素子４０とを備える。
【００２５】
第１の基板１０及び第２の基板２０は、例えば、鉄、アルミニウム等の金属で形成され、第２の基板２０は、第１の基板１０に対向して設けられている。
【００２６】
第１の発電素子３０は、第１の基板１０と第２の基板２０との間に設けられ、第１の基板１０に一端が接続され第２の基板２０に他端が接続されている。
【００２７】
第２の発電素子４０は、第１の基板１０と第２の基板２０との間に設けられ、第１の基板１０に一端が接続され第２の基板２０に他端が接続されている。
【００２８】
また、図３に示されるように、第２の発電素子４０は、第１の基板１０の表面及び第２の基板２０の表面と平行な矢印Ｘに示す方向（一の方向）に見たときに第１の発電素子３０と立体交差している。さらに、図２に示されるように、第２の発電素子４０は、上記した矢印Ｘの方向と直交しかつ第１の基板１０の表面と平行な矢印Ｙの方向（他の方向）に見たときに第１の発電素子３０と平行に配置されている。
【００２９】
図４は、第１の発電素子３０の構成を示す概略図である。
【００３０】
図３及び図４に示されるように、第１の発電素子３０は、磁歪材料からなる磁歪棒３２と、ヨーク３４と、コイル３６とを備える。なお、図４の（ａ）は第１の発電素子３０を正面から見たときの正面図、同図の（ｂ）は上面図である。第１の発電素子３０の構成の理解を容易にするために、図３及び図４において、磁歪棒３２と、ヨーク３４と、コイル３６は、断面図で示している。また、図４の（ａ）では、第１の発電素子３０の構成の理解を容易にするために、永久磁石３７ａ及び３７ｂとバックヨーク３８を省略して記載している。
【００３１】
磁歪棒３２は、例えば鉄ガリウム合金であるＧａｌｆｅｎｏｌからなり、延性を有し、例えば、０．５ｃｍ×０．５ｃｍ×１０ｃｍの直方体の棒状の形状をしている。
【００３２】
ヨーク３４は、例えば棒状の形状の鉄ガリウム合金（Ｆｅ−Ｇａ）で構成され、両端の所定の領域以外の部分が凹状に形成されている。つまり、ヨーク３４は、両端の所定領域が厚く、中央部分が薄く形成された梁構造を有している。
【００３３】
また、磁歪棒３２は、ヨーク３４の凹状の部分にはめ込まれ、磁歪棒３２の両端は、ヨーク３４に機械的に連結されている。これにより、磁歪棒３２とヨーク３４の梁の部分は、平行梁の構造を有している。
【００３４】
また、磁歪棒３２には、コイル３６が巻かれている。コイル３６は、例えば銅線からなり、巻数は２５０巻である。コイル３６の巻数により、第１の発電素子３０に発生する電圧の大きさを調整することが可能である。コイルの巻数は、各コイルで同一であってもよいし、異なっていてもよい。なお、コイル３６とヨーク３４の梁の部分とは、樹脂によりその間が埋められ一体となっていてもよい。
【００３５】
ここで、磁界中において、磁歪棒３２およびヨーク３４の梁部分の一方が伸張し、他方が圧縮されるようにヨーク３４を振動させることにより、磁歪棒３２は伸縮して逆磁歪効果を生じる。その結果、コイル３６の周囲の磁束が変化し、コイル３６に起電力が生じる。こうして、第１の発電素子３０は振動により発電することができる。
【００３６】
なお、図４の（ｂ）に示されるように、第１の発電素子３０にはバックヨーク３８が設けられていてもよい。バックヨーク３８は、磁歪棒３２にバイアス磁化を印加するための構成である。
【００３７】
バックヨーク３８は、磁性材料により構成され、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石（例えば、１ｃｍ×１ｃｍ×１ｃｍ、残留磁束密度１．２Ｔ）で構成される永久磁石３７ａ及び３７ｂによってヨーク３４に吸着されている。また、永久磁石３７ａ及び３７ｂを設けることにより、磁歪棒３２、永久磁石３７ａ、バックヨーク３８及び永久磁石３７ｂを貫通するように磁束のループが発生する。つまり、バイアス磁化を印加することができる。これにより、コイルを貫く磁束を大きくすることができる。なお、バックヨーク３８は、磁歪棒３２を挟む両側に設けられてもよいし、片側に設けられてもよい。
【００３８】
第２の発電素子４０は、磁歪材料からなる磁歪棒４２と、ヨーク４４と、コイル４６とを備える。第２の発電素子４０は、第１の発電素子３０と同様の構成であるため、詳細な説明を省略する。なお、第２の発電素子４０も、第１の発電素子３０と同様、磁歪棒４２の両側又は片側に、バックヨーク３８、永久磁石３７ａ及び３７ｂを備える構成であってもよい。
【００３９】
この構成によれば、Ｘ型発電デバイス１００は、第２の基板２０に振動（曲げ力）が加えられることにより発電をすることができる。以下、Ｘ型発電デバイス１００の動作について説明する。
【００４０】
図５は、Ｘ型発電デバイス１００の動作の説明をするための図である。
【００４１】
図５に示されるように、第２の基板２０の端に曲げ力が加えられると、第１の発電素子３０は、第１の基板１０との接点である点Ａを中心とする力のモーメントにより曲げ変形されることになる。
【００４２】
すなわち、第１の発電素子３０において、第２の基板２０との接点である点Ａ’には、図５に示される点Ａ’における矢印に示すように、第２の基板２０に加えられた曲げ力のうちＡＡ’方向と垂直な方向の成分の曲げ力がかかる。これにより、ＡＡ’の距離と、第２の基板２０に加えられた曲げ力のうちＡＡ’方向と垂直な方向の成分の曲げ力との積で示される力のモーメントにより、第１の発電素子３０は図５に示される点Ａ’における矢印の方向に曲げ変形される。
【００４３】
この曲げ変形により、第１の発電素子３０に設けられた磁歪棒３２は曲げ変形される。
具体的には、第２の基板２０の端に図５に示される向きの曲げ力が加えられると、ヨーク３４の磁歪棒３２と対向する部分（梁の部分）は伸張し、磁歪棒３２は収縮する。また、第２の基板２０が上記した向きの曲げ力と逆向きの曲げ力を受けると、ヨーク３４の磁歪棒３２と対向する部分は収縮し、磁歪棒３２はそれぞれ伸張する。
【００４４】
このように、磁歪棒３２が伸縮することにより、磁歪棒３２の磁化は逆磁歪効果により増加または減少する。これにより、コイル３６を貫く磁束密度が変化する。この磁束密度の時間的変化により、コイル３６に誘導電圧（または誘導電流）が発生し発電することができる。
【００４５】
同様に、第２の基板２０の端に図５に示される向きの曲げ力が加えられると、第２の発電素子４０は、第１の基板１０との接点である点Ｂを中心とする力のモーメントにより曲げ変形されることになる。
【００４６】
すなわち、第２の発電素子４０において、第２の基板２０との接点である点Ｂ’には、図５に示される点Ｂ’における矢印に示すように、第２の基板２０に加えられた力のうちＢＢ’方向と垂直な方向の成分の力がかかる。これにより、ＢＢ’の距離と、第２の基板２０に加えられた力のうちＢＢ’方向と垂直な方向の成分の力との積で示される力のモーメントにより、第２の発電素子４０は図５に示される点Ｂ’における矢印の方向に曲げ変形される。
【００４７】
この曲げ変形により、第２の発電素子４０に設けられた磁歪棒４２は伸縮される。磁歪棒４２が伸縮することにより、磁歪棒４２の磁化は逆磁歪効果により増加または減少する。これにより、コイル４６を貫く磁束密度が変化する。この磁束密度の時間的変化により、コイル４６に誘導電圧（または誘導電流）が発生し発電することができる。
【００４８】
第１の発電素子３０及び第２の発電素子４０は、振動が持続する期間、連続した発電を行うことができる。
【００４９】
なお、第２の基板２０の表面のいずれの位置に力が加えられてもよいが、第２の基板２０に加えられる力が、点Ａ’、点Ｂ’との中間点である場合には、第１の発電素子３０及び第２の発電素子４０の、第２の基板２０に加えられる力に対する抗力が大きくなる。そのため、第１の発電素子３０及び第２の発電素子４０の変形量は小さくなり、発電量は小さくなる。
【００５０】
一方、第２の基板２０に加えられる力が、点Ａ’、点Ｂ’から遠くなるほど、第１の発電素子３０及び第２の発電素子４０の、第２の基板２０に加えられる力に対する抗力は小さくなり、力のモーメントは大きくなる。そのため、第１の発電素子３０及び第２の発電素子４０の変形量は大きくなり、発電量は大きくなる。よって、第２の基板２０に加えられる力が、点Ａ’、点Ｂ’から遠くなるほど、効率よく発電を行うことができる。
【００５１】
なお、上記した力のモーメントは、第１の発電素子３０（又は第２の発電素子４０）と第１の基板１０の表面との角度θ（図３参照）にも依存する。第１の発電素子３０（又は第２の発電素子４０）と第１の基板１０の表面との角度θは、例えば、３０°、４５°に設定してもよい。この場合、角度θを３０°に設定したほうが、角度θを４５°に設定した場合に比べて発電量を大きくすることができる。
【００５２】
次に、発電デバイスにおいて発電素子をＸ型に配置した構造のメリットについて説明する。図６Ａから図６Ｄは、Ｘ型発電デバイス１００のメリットについて説明するための図である。
【００５３】
図６Ａは、第１の発電素子３０（又は第２の発電素子４０）を、一般的な片持ち梁の構造とした発電デバイスの図である。図６Ａに示されるように、第１の発電素子３０を片持ち梁の構造とした場合、同図の矢印に示す方向、つまり、固定点（図６Ａにおける第１の発電素子３０では、壁面に固定されている一端の中心）と力の作用点（同図における第１の発電素子３０では、壁面に固定されている一端と反対側の他端の中心）とを通る直線の方向と垂直な方向に曲げ力が加えられると、第１の発電素子３０は曲げ変形されるため逆磁歪効果により発電することができる。しかし、片持ち梁の構造では、固定点と力の作用点とを通る直線の方向と曲げ力の作用方向とが同一ではないので、矢印に示す方向の曲げ力に対する第１の発電素子３０の耐久性が小さい。したがって、矢印に示す方向の曲げ力が大きい場合は、第１の発電素子３０が壁面から取れたり破壊されたりすることがある。
【００５４】
一方、図６Ｂに示されるように、第１の発電素子３０及び第２の発電素子４０をＸ型に配置した構造の発電デバイスでは、固定点（図６Ｂにおける第１の発電素子３０では、第１の基板１０に接合されている一端の中心）と力の作用点（同図における第１の発電素子３０では、第２の基板２０に接合されている他端の中心）とを通る直線の方向に対して同一方向の力の成分が生じるので、矢印に示す方向の曲げ力に対する第１の発電素子３０の耐久性は、図６Ａの場合よりも大きい。また、矢印に示す方向の曲げ力については、固定点と力の作用点とを通る直線の方向と垂直な方向の力の成分も生じる。したがって、第１の発電素子３０は曲げ変形され、逆磁歪効果により発電することができる。第２の発電素子４０についても同様である。よって、Ｘ型発電デバイス１００は、片持ち梁の構造の発電デバイスよりも破壊されにくくなるので、第１の発電素子３０および第２の発電素子４０に大きな曲げや衝撃を加えることができる。これにより、発電量を大きくすることができる。
【００５５】
また、図６Ｃに示されるように、Ｘ型発電デバイス１００においては、第１の発電素子３０と第２の発電素子４０のいずれもが第２の基板２０に接合されている。したがって、第２の基板２０に加えられた曲げ力により第１の発電素子３０と第２の発電素子４０とで発電することができる発電量は、曲げ力の作用位置によらず一定量となる。よって、Ｘ型発電デバイス１００は、第２の基板２０に加えられる曲げ力の位置によらず安定した発電量を得ることができる。
【００５６】
また、図６Ｄに示されるように、Ｘ型発電デバイス１００では、第２の基板２０の上に高さの大きい物体５０を配置して物体５０の側面に曲げ力が加えられる場合であっても発電を行うことができる。すなわち、同図の矢印に示す方向に加えられた曲げ力については、第１の発電素子３０において、固定点と力の作用点とを通る直線の方向と垂直な方向の力の成分が生じる。したがって、第１の発電素子３０は曲げ変形され、逆磁歪効果により発電することができる。
【００５７】
以上より、発電デバイスをＸ型の構造にすることにより、片持ち梁の構造にした場合よりも発電量が大きくかつ発電量が安定した発電を行うことができる。また、発電デバイスをＸ型の構造にすることにより、第２の基板２０の表面と垂直な方向だけでなく、平行な方向の振動（曲げ力）に対しても発電を行うことができる。
【００５８】
なお、磁歪棒３２および磁歪棒４２を形成する磁歪材料は、Ｇａｌｆｅｎｏｌに限らずその他の材料であってもよい。Ｇａｌｆｅｎｏｌを用いた場合には、応力を加えることによるＧａｌｆｅｎｏｌの内部磁化の変化は、飽和磁束密度が１Ｔ程度まで変化するので、Ｘ型発電デバイス１００における発電量を上げることができる。
【００５９】
Ｇａｌｆｅｎｏｌ以外の磁歪材料としては、例えば、鉄コバルト合金であるパーメンジュールであってもよい。
【００６０】
また、ヨーク３４およびヨーク４４に加えられる曲げ力の方向は、磁歪棒３２および４２の軸方向に対して垂直の方向の成分を有する、つまり、磁歪棒３２および磁歪棒４２が伸張又は収縮する方向であれば、どのような方向に加えられてもよい。
【００６１】
また、磁歪棒３２および磁歪棒４２の形状は、直方体の棒状の形状に限らず、例えば円柱状の棒状の形状や、その他の形状であってもよい。
【００６２】
（実施の形態１の変形例）
次に、実施の形態１の変形例について説明する。
【００６３】
本変形例に係るＸ型発電デバイス１５０が実施の形態１に係るＸ型発電デバイス１００と異なる点は、Ｘ型発電デバイス１５０が第１の発電素子と第２の発電素子で構成される発電部を２つ備え、２つの発電部は、それぞれの一の方向が直交するように配置されている点である。図７は、本変形例に係るＸ型発電デバイスの構成を示す概略図（上面図）である。
【００６４】
図７に示されるように、Ｘ型発電デバイス１５０は、第１の発電素子３０ａ及び第２の発電素子４０ａとで構成される第１の発電部と、第１の発電素子３０ｂ及び第２の発電素子４０ｂとで構成される第２の発電部とを備えている。
【００６５】
第１の発電部を構成する第１の発電素子３０ａと第２の発電素子４０ａとは、図７に示す矢印Ｃの方向（一の方向）に見たときに立体交差し、同図に示す矢印Ｄの方向（他の方向）に見たときに平行になるように配置されている。第２の発電部を構成する第１の発電素子３０ｂと第２の発電素子４０ｂとは、同図に示す矢印Ｄの方向に見たときに立体交差し、同図に示す矢印Ｃの方向に見たときに平行になるように配置されている。
【００６６】
また、第１の発電素子３０ａと３０ｂとは、それぞれの長手方向が直交し、それぞれの一端が互いに隣接する位置に配置されている。第２の発電素子４０ａと４０ｂとは、それぞれの長手方向が直交し、それぞれの一端が互いに隣接する位置に配置されている。
【００６７】
また、第１の発電素子３０ａ及び３０ｂは、互いに隣接する一端がそれぞれ第１の基板１０に接続され、他端がそれぞれ第２の基板２０に接続されている。第２の発電素子４０ａ及び４０ｂは、互いに隣接する一端がそれぞれ第１の基板１０に接続され、他端がそれぞれ第２の基板２０に接続されている。
【００６８】
なお、第１の発電素子３０ａ及び３０ｂの一端が第２の基板２０にそれぞれ接続され、他端がそれぞれ第１の基板１０に接続されてもよい。また、第２の発電素子４０ａ及び４０ｂの一端が第２の基板２０に接続され、他端がそれぞれ第１の基板１０に接続されてもよい。
【００６９】
この構成によれば、第１の発電部と第２の発電部とを配置することにより、実施の形態１と同様、片持ち梁の構造にした場合よりも発電量が大きくかつ発電量が安定した発電を行うことができる。また、発電デバイスをＸ型の構造にすることにより、第２の基板２０の表面と垂直な方向だけでなく、平行な方向の振動（曲げ力）に対しても発電を行うことができる。さらに、第２の基板２０の表面と平行な方向の振動については、図７に示された矢印Ｃの方向及び矢印Ｄの方向のいずれの方向の振動に対しても発電を行うことができる。
【００７０】
（実施の形態２）
次に、本発明に係る実施の形態２について説明する。
【００７１】
本実施の形態に係るＸ型発電デバイス２００が実施の形態１に示したＸ型発電デバイス１００と異なる点は、本実施の形態に係るＸ型発電デバイス２００が、第１の発電素子と第２の発電素子とで構成される発電部を複数備え、複数の発電部は、それぞれの一の方向が同一方向となるように配置されている点である。図８は、本実施の形態に係るＸ型発電デバイス２００の構成を示す概略図である。
【００７２】
図８に示されるように、Ｘ型発電デバイス２００は、第１の発電素子２３０ａ及び第２の発電素子２４０ａとで構成される第１の発電部と、第１の発電素子２３０ｂ及び第２の発電素子２４０ｂとで構成される第２の発電部とを備えている。
【００７３】
第１の発電部を構成する第１の発電素子２３０ａと第２の発電素子２４０ａとは、図８に示す矢印Ｅの方向（一の方向）に見たときに立体交差し、矢印Ｅの方向に直交する方向（他の方向）に長手方向が平行になるように配置されている。第２の発電部を構成する第１の発電素子２３０ｂと第２の発電素子２４０ｂとは、同図に示す矢印Ｅの方向（一の方向）に見たときに立体交差し、矢印Ｅの方向に直交する方向（他の方向）に長手方向が平行になるように配置されている。
【００７４】
また、第１の発電部及び第２の発電部は、平行に配置されている。つまり、第１の発電部と第２の発電部は、いずれもＥの方向に見たときに立体交差している。
【００７５】
この構成によれば、実施の形態１と同様、片持ち梁の構造にした場合よりも発電量が大きくかつ発電量が安定した発電を行うことができる。また、発電デバイスをＸ型の構造にすることにより、第２の基板２０の表面と垂直な方向だけでなく、平行な方向の振動（曲げ力）に対しても発電を行うことができる。さらに、第１の発電部と第２の発電部とを平行に配置することにより、曲げ力に対する耐久性をより大きくしかつ発電量を２倍に増加することができる。
【００７６】
（実施の形態３）
次に、本発明に係る実施の形態３について説明する。
【００７７】
本実施の形態に係るＸ型発電デバイス２００が実施の形態１に示したＸ型発電デバイス１００と異なる点は、本実施の形態に係るＸ型発電デバイスが、第１の発電素子と第２の発電素子とが平行に近接して配置された発電部を複数備え、複数の発電部は、一の方向および他の方向に行列状に配置されている点である。図９は、本実施の形態に係るＸ型発電デバイスの構成を示す概略図である。
【００７８】
図９に示されるように、Ｘ型発電デバイス３００は、第１の発電素子３３０ａ及び第２の発電素子３４０ａとで構成される第１の発電部と、第１の発電素子３３０ｂ及び第２の発電素子３４０ｂとで構成される第２の発電部と、第１の発電素子３３０ｃ及び第２の発電素子３４０ｃとで構成される第３の発電部と、第１の発電素子３３０ｄ及び第２の発電素子３４０ｄとで構成される第４の発電部とを備えている。
【００７９】
第１の発電部を構成する第１の発電素子２３０ａと第２の発電素子２４０ａとは、図８に示す矢印Ｆの方向（一の方向）に見たときに立体交差し、それぞれの長手方向が平行になるように配置されている。第２の発電部、第３の発電部、第４の発電部についても、第１の発電部と同様である。
【００８０】
また、第１の発電部及び第３の発電部、第２の発電部及び第４の発電部は、それぞれ長手方向が平行になるように配置されている。また、第１の発電部と第２の発電部とは、一端が向かい合うように配置されている。同様に、第３の発電部と第４の発電部とは、一端が向かい合うように配置されている。つまり、第１の発電部、第２の発電部、第３の発電部、第４の発電部は、矢印Ｆの方向（一の方向）及び矢印Ｆの方向に直交する方向（他の方向）に行列状に配置されている。
【００８１】
この構成によれば、実施の形態１と同様、片持ち梁の構造にした場合よりも発電量が大きくかつ発電量が安定した発電を行うことができる。また、発電デバイスをＸ型の構造にすることにより、第２の基板２０の表面と垂直な方向だけでなく、平行な方向の振動（曲げ力）に対しても発電を行うことができる。
【００８２】
さらに、複数の発電部を行列状に配置することにより、曲げ力が第２の基板２０の表面のいずれの位置に加えられても、いずれかの発電部において発電することができる。すなわち、実施の形態１に示したＸ型発電デバイス１００では、第１の発電素子と第２の基板との接点（図５に示される点Ａ’）と、第２の発電素子と第２の基板との接点（図５に示される点Ｂ’）との中間点に曲げ力が加えられた場合には、第１の発電素子３０及び第２の発電素子４０の、第２の基板２０に加えられる力に対する抗力が大きくなるため、発電量は小さくなる。本実施の形態に係るＸ型発電デバイス３００では、複数の発電部を行列状に配置するため、第２の基板２０のいずれの位置に曲げ力が加えられた場合であっても、いずれかの発電部で発電をすることができるため、曲げ力の位置にかかわらず発電をすることができる。さらに、複数の発電部を行列状に配置することにより、曲げ力に対する耐久性をより大きくすることができる。
【００８３】
（実施の形態３の変形例）
次に、実施の形態３の変形例について説明する。図１０は、実施の形態３の変形例に係るＸ型発電デバイスの構成を示す概略図（上面図）である。
【００８４】
本変形例に係るＸ型発電デバイス３５０が実施の形態１に係るＸ型発電デバイス３００と異なる点は、Ｘ型発電デバイス３５０が第１の発電素子と第２の発電素子で構成される発電部を２組備え、２組の発電部は、それぞれの一の方向が直交するように配置されている点である。
【００８５】
図１０に示されるように、Ｘ型発電デバイス３５０は、第１の発電素子３３０ａ及び第２の発電素子３４０ａとで構成される第１の発電部と、第１の発電素子３３０ｂ及び第２の発電素子３４０ｂとで構成される第２の発電部と、第１の発電素子３３０ｃ及び第２の発電素子３４０ｃとで構成される第３の発電部と、第１の発電素子３３０ｄ及び第２の発電素子３４０ｄとで構成される第４の発電部とを備えている。
【００８６】
第１の発電部、第２の発電部、第３の発電部、第４の発電部の各構成は、実施の形態３に示した第１の発電部、第２の発電部、第３の発電部、第４の発電部と同様である。
【００８７】
また、第１の発電部及び第２の発電部は、図１０に示された矢印Ｈの方向に見たときに平行に配置され、第３の発電部及び第４の発電部は、図１０に示された矢印Ｇの方向に見たときに平行に配置されている。また、第１の発電部及び第２の発電部とで構成される発電部の組と、第３の発電部及び第４の発電部とで構成される発電部の組は、それぞれの一の方向が直交する方向に配置されている。
【００８８】
この構成によれば、上記した実施の形態３に示したＸ型発電デバイス３００が奏する効果に加えて、第２の基板２０の表面と平行な方向の振動については、図１０に示された矢印Ｇの方向及び矢印Ｈの方向のいずれの方向の振動に対しても発電を行うことができる。
【００８９】
（実施の形態４）
次に、本発明に係る実施の形態４について説明する。
【００９０】
本実施の形態に係るＸ型発電デバイスが実施の形態１に示したＸ型発電デバイス１００と異なる点は、第１の基板と第２の基板との間に、第２の基板の振動を緩衝する緩衝部材を備える点である。
【００９１】
図１１は、本実施の形態に係るＸ型発電デバイスの構成を示す概略図である。
【００９２】
図１１に示されるように、本実施の形態に係るＸ型発電デバイス５００は、実施の形態１にかかるＸ型発電デバイス１００において、第１の基板１０と第２の基板２０との間に、緩衝部材５１０を備えている。
【００９３】
緩衝部材５１０は、バネ５１２と、バネ５１２の周囲に配置された弾性部材５１４とを備える。弾性部材５１４は、例えばゴム等の弾性部材で構成される。緩衝部材５１０は、第２の基板２０に振動が加えられたとき、一定の振幅以上の振動を抑制することができる。具体的には、第２の基板２０の振動振幅は、緩衝部材５１０の伸張可能な範囲に制限されるので、緩衝部材５１０の伸張可能な範囲を超える振幅の振動に対しては、第２の基板２０の振動は抑制され、第２の基板２０に大きな振動が加えられたときであっても、Ｘ型発電デバイス５００が破壊されるのを防ぐことができる。
【００９４】
したがって、Ｘ型発電デバイス５００は、第２の基板２０に加えられる振動（曲げ力）により発電することができるとともに、第２の基板２０に加えられる振動の大きさがＸ型発電デバイスが破壊するほど大きい場合であっても、緩衝部材５１０により緩衝部材５１０の伸張可能な範囲を超える振幅の振動を抑制することができる。よって、本実施の形態に係るＸ型発電デバイスによると、Ｘ型発電デバイスの破壊を抑制しつつ、発電を行うことができる。
【００９５】
なお、緩衝部材５１０は、上記したバネと弾性部材との組み合わせに限らず、バネのみであってもよいし、弾性部材のみであってもよい。また、ダンパやその他の緩衝部材、または、これらを組み合わせたものであってもよい。また、緩衝部材として使用される材料は、上記したものに限らずどのようなものであってもよい。
【００９６】
（実施の形態５）
次に、本発明に係る実施の形態５について説明する。
【００９７】
上記した実施の形態１〜４に示されるＸ型発電デバイスは、以下のように応用して使用することができる。以下、実施の形態１に係るＸ型発電デバイス１００を用いた場合を例として説明する。なお、Ｘ型発電デバイス１００の構成については、説明を省略する。
【００９８】
図１２は、本実施の形態に係るＸ型発電デバイスの構成を示す概略図である。
【００９９】
図１２に示されるように、Ｘ型発電デバイス６００には、実施の形態１に示したＸ型発電デバイス１００が、実施の形態１で示した他の方向に連続して配置されている。これらのＸ型発電デバイス１００の第２の基板２０の上には、実施の形態１で示した他の方向に長尺な板状のレール６１０が配置されている。
【０１００】
このような構成とすることにより、Ｘ型発電デバイス１００の上に配置されたレール６１０を、例えば列車等の移動物が移動する場合に、その移動により生じる振動によって発電をすることができる。また、複数のＸ型発電デバイス１００を連続して配置することにより、曲げ力に対する耐久性をより大きくすることができるので、列車等の重い物体がレールを移動する場合であってもＸ型発電デバイス１００が破壊するのを抑制することができる。
【０１０１】
なお、上記したＸ型発電デバイス６００では、実施の形態１に係るＸ型発電デバイス１００を複数個配置した構成としたが、Ｘ型発電デバイス１００に代えて、実施の形態２〜４に示したＸ型発電デバイスを複数個配置した構成としてもよい。
【０１０２】
また、上記したＸ型発電デバイス６００では、複数のＸ型発電デバイス１００の第２の基板２０の上にレール６１０を配置した構成としたが、Ｘ型発電デバイス１００の第２の基板２０自体をレール状の形状に形成して、複数のＸ型発電デバイス１００に共通して設けられる第２の基板（レール）６１０としてもよい。
【０１０３】
また、上記したＸ型発電デバイス６００では、Ｘ型発電デバイス１００を実施の形態１に示した他の方向に連続して配置したが、Ｘ型発電デバイスを実施の形態１に示した一の方向に連続して配置し、第２の基板の上方に、実施の形態１に示した一の方向に長尺な板状のレールを配置してもよい。
【０１０４】
以上、本発明によれば、発電デバイスをＸ型の構造にすることにより、片持ち梁の構造にした場合よりも発電量が大きくかつ発電量が安定した発電を行うことができる。また、発電デバイスをＸ型の構造にすることにより、第２の基板２０の表面と垂直な方向だけでなく、平行な方向の振動（曲げ力）に対しても発電を行うことができる。
【０１０５】
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形を行ってもよい。
【０１０６】
例えば、図１３に示されるように、第１の発電素子と第２の発電素子との立体交差する位置は、第１の基板または第２の基板からの距離が異なっていてもよい。すなわち、図１３の（ａ）に示されるように、第１の発電素子と第２の発電素子の立体交差する位置は、第２の基板２０に近い位置であってもよいし、同図の（ｂ）に示されるように第１の発電素子および第２の発電素子のそれぞれの中央の位置であってもよい。また、同図の（ｃ）に示されるように、第１の発電素子及び第２の発電素子の立体交差する位置は、第１の基板１０に近い位置であってもよい。
【０１０７】
また、図１４に示されるように、第１の発電素子は、実施の形態１に係る第１の発電素子３０を永久磁石３９ａ及び３９ｂを挟んで２つ配置した構成であってもよい。この構成とすれば、２つの第１の発電素子３０のヨーク３４と永久磁石３９ａ及び３９ｂとを通るようにバイアス磁界が発生するため磁束密度を高くすることができるので、より発電量を増加することができる。
【０１０８】
また、上記した実施の形態では、磁歪棒を構成する磁歪材料の一例としてＧａｌｆｅｎｏｌについて説明したが、磁歪材料はＧａｌｆｅｎｏｌに限らずその他の材料であってもよい。例えば、鉄コバルト合金であるパーメンジュールであってもよい。
【０１０９】
また、磁歪棒の形状は、上記した実施の形態では直方体の棒状の形状に限らず、例えば円柱状の棒状の形状であってもよいし、その他の形状であってもよい。また、磁歪棒の大きさは、上記した例に限らず変更してもよい。
【０１１０】
また、上記した発電素子は、バックヨークを備える構成の発電素子を例として説明したが、バックヨークを備えない発電素子としてもよい。
【０１１１】
また、本発明に係るＸ型発電デバイスには、上記実施の形態における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、実施の形態に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本発明に係るＸ型発電デバイスを備えた装置等、例えば、上記したレール、織機、その他振動を発生する装置を載置する載置台や、振動を緩衝する緩衝部材等も本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本発明は、電力を必要とする装置や物体等を使用する環境において、振動する物体を載置する載置台、例えば、レール、織機、その他振動を発生する装置を載置する載置台や、振動を緩衝する緩衝部材として有用である。
【符号の説明】
【０１１３】
１００、１５０、２００、３００、３５０、５００、６００  Ｘ型発電デバイス
１０  第１の基板
２０  第２の基板
３０、３０ａ、３０ｂ、２３０ａ、２３０ｂ、３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃ、３３０ｄ  第１の発電素子
３２、４２  磁歪棒
３４、４４  ヨーク
３６、４６  コイル
３７ａ、３７ｂ、３９ａ、３９ｂ  永久磁石
３８  バックヨーク
４０、４０ａ、４０ｂ、２４０ａ、２４０ｂ、３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄ  第２の発電素子
５０  物体
５１２  バネ（緩衝部材）
５１４  弾性部材（緩衝部材）
６１０  緩衝部材
【図１】
2014155423.tif 000003
【図２】
2014155423.tif 000004
【図３】
2014155423.tif 000005
【図４】
2014155423.tif 000006
【図５】
2014155423.tif 000007
【図６Ａ】
2014155423.tif 000008
【図６Ｂ】
2014155423.tif 000009
【図６Ｃ】
2014155423.tif 000010
【図６Ｄ】
2014155423.tif 000011
【図７】
2014155423.tif 000012
【図８】
2014155423.tif 000013
【図９】
2014155423.tif 000014
【図１０】
2014155423.tif 000015
【図１１】
2014155423.tif 000016
【図１２】
2014155423.tif 000017
【図１３】
2014155423.tif 000018
【図１４】
2014155423.tif 000019