(57)【要約】  この発電素子は、第１の部材と、この第１の部材に対して所定距離離間して配置された第２の部材との間に配置される発電素子であって、第１の部材に一端が保持され、第２の部材に他端が保持され、互いに離間して配置された一対の磁歪部材と、一対の磁歪部材の少なくとも一方に巻き付けられたコイルと、一対の磁歪部材の第１の部材側及び前記第２の部材側にそれぞれ配置された一対の永久磁石と、を備え、一対の永久磁石のそれぞれは、一対の磁歪部材の間に弾性体を介して挟持されている。
2017038750.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の部材と、この第１の部材に対して所定距離離間して配置された第２の部材との間に配置される発電素子であって、
前記第１の部材に一端が保持され、前記第２の部材に他端が保持され、互いに離間して配置された一対の磁歪部材と、
前記一対の磁歪部材の少なくとも一方に巻きつけられたコイルと、
前記一対の磁歪部材の前記第１の部材側及び前記第２の部材側にそれぞれ配置された一対の永久磁石と、
を備え、
前記一対の永久磁石のそれぞれは、前記一対の磁歪部材の間に弾性体を介して挟持されている発電素子。
【請求項２】
請求項２に記載の発電素子であって、
前記一対の磁歪部材が互いに平行に配置された
発電素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の発電素子であって、
前記弾性体が、磁性を有する弾性体である
発電素子。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発電素子を備えたダイナミックダンパーであって、
前記第２の部材が、前記第１の部材に対する慣性マス部材である
ダイナミックダンパー。
【請求項５】
回転軸に装着されるハブ部材と、このハブ部材の外径方向に所定距離離間して配置されたリング状の慣性マス部材と、前記ハブ部材と前記慣性マス部材との間に配置される発電素子とを備えたトーショナルダンパーであって、
前記発電素子は、
前記ハブ部材の外周に一端が保持され、前記慣性マス部材の内周に他端が保持され、前記回転軸の回転方向に互いに離間して配置された一対の磁歪部材と、
前記一対の磁歪部材のうち少なくとも一方に巻きつけられたコイルと、
前記一対の磁歪部材の前記ハブ部材側及び前記慣性マス部材側にそれぞれ配置された一対の永久磁石と、
を備え、
前記一対の永久磁石のそれぞれは、前記一対の磁歪部材の間に弾性体を介して挟持されているトーショナルダンパー。
【請求項６】
請求項５に記載のトーショナルダンパーであって、
前記一対の磁歪部材が互いに平行に配置され、または、前記一対の磁歪部材同士の離間距離が前記ハブ部材側から前記慣性マス部材側に向けて短くなるように配置された
トーショナルダンパー。
【請求項７】
請求項５または６に記載のトーショナルダンパーであって、
前記弾性体が、磁性を有する弾性体である
トーショナルダンパー。
【請求項８】
請求項５ないし７のいずれか１項に記載のトーショナルダンパーであって、
前記一対の磁歪部材の各端部がそれぞれ、非磁性体からなる取り付け部材を介して前記ハブ部材側および前記慣性マス部材に保持される
トーショナルダンパー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁歪材料を用いて発電を行う発電素子、この発電素子を用いたダイナミックダンパーおよびトーショナルダンパーに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料を燃焼室内で爆発燃焼させて駆動力を得る内燃機関（エンジン）を使用する自動車などでは、エンジンの熱効率の改善や制動時の走行エネルギーを電気エネルギーに変換して回収する回生システムなどによって省エネと二酸化炭素排出量の削減を目指して研究開発が進められている。しかしながら、エンジンに起因する振動エネルギーについては、エネルギー回収が困難であり、熱として捨てられているのが実情である。【０００３】
振動エネルギーを電気エネルギーに変換（発電）する素子として、磁歪材料の逆磁歪効果を応用したものが知られている。この発電素子に用いられる磁歪材料は、磁性体が磁化するときに、その形状が磁化方向に伸びる特性を有する素材であり、この磁歪材料に、外部から力を加えた場合、磁化の状態、すなわち磁束密度が大きく変化する逆磁歪効果が生じる。このとき、磁歪材料に巻きつけられたコイルには、電磁誘導により起電力が生じることになる。【０００４】
この磁歪材料よりなる部材（以下「磁歪部材」と呼ぶ。）を用いて発電を行う振動発電システムが知られている。この振動発電システムでは、磁歪部材に磁束が通るように永久磁石が配置される。この磁歪部材を外力によって連続的に圧縮／伸張させる（振動させる）と、磁歪部材の磁化の状態すなわち磁束密度が連続的に変化する。この磁歪部材の磁束密度の連続的な変化によって、磁歪部材に巻き付けられたコイルに電圧が誘起される。これが振動発電システムによる発電の原理である。【０００５】
上記の磁歪材料を使った発電素子として、互いに平行に配置された一対の磁歪棒の両端がそれぞれ磁性材料よりなる連結ヨークによって連結され、両端の連結ヨークの間に永久磁石を介してバックヨークが接続されたものが知られている。この発電素子においては、一対の磁歪棒が互いに平行に配置されているため、磁歪棒の軸方向と垂直な方向の曲げ力を受けると、一方の磁歪棒が圧縮され、他方の磁歪棒が伸張する。また、各々の磁歪棒にコイルが巻き付けられているため、各々の磁歪棒の伸縮によりコイルを貫く磁束密度が変化することによって、それぞれのコイルに電圧が誘起される（例えば特許文献１参照）。【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された発電素子は、磁気ループを形成するためにバックヨークを用いるため、部品点数が多くなり小型化の妨げとなる。【０００７】
バックヨークを用いることなく磁気ループを形成するために、一対の磁歪棒の両端部において、一対の磁歪棒の対向面間に一対の永久磁石を互いの磁極を違えて挟装させた構造も知られている。この発電素子では、一対の磁歪棒による永久磁石の挟持部分を固定部材の収容空間に収容し、接着剤によって接着することで、永久磁石を固定部材の収容空間内に固着する。これにより、永久磁石が一対の磁歪棒から脱落するのを防止している（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】再公表ＷＯ２０１１／１５８４７３号公報（段落［００４６］−［００６１］、図１Ａ、図１Ｂ）
【特許文献２】特開２０１３−２０８０２９号公報（段落［００２７］−［００３３］、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のような磁歪部材を用いた発電素子においては、発電効率上、永久磁石には磁力の強いフェライト磁石や金属磁石などが使用される。しかし、上記の特許文献２に開示されたもののように、永久磁石を一対の磁歪部材の対向面に密着させた構造の発電素子では、磁歪部材の振動時に、磁歪部材の変形に伴って、磁歪部材の面に密着して配置された永久磁石にストレスがかかり、永久磁石の破壊や脱落が発生するおそれがあった。【００１０】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、永久磁石の脱落や破壊などを防止して耐久性を高めた発電素子、この発電素子を使用したダイナミックダンパー、特に、エンジンなどの回転軸に生じる捩り振動を防振するとともに、振動エネルギーを電気エネルギーとして回収することができるトーショナルダンパーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る発電素子は、第１の部材と、この第１の部材に対して所定距離離間して配置された第２の部材との間に配置される発電素子であって、前記第１の部材に一端が保持され、前記第２の部材に他端が保持され、互いに離間して配置された一対の磁歪部材と、前記一対の磁歪部材の少なくとも一方に巻きつけられたコイルと、前記一対の磁歪部材の前記第１の部材側及び前記第２の部材側にそれぞれ配置された一対の永久磁石と、を備え、前記一対の永久磁石のそれぞれは、前記一対の磁歪部材の間に弾性体を介して挟持されている。【００１２】
この発電素子では、一対の磁歪部材の第１の部材側及び第２の部材側にそれぞれ配置された一対の永久磁石のそれぞれが、一対の磁歪部材の間に弾性体を介して挟持されているので、一対の磁歪部材の振動時に磁歪部材からの圧力を弾性体で吸収して永久磁石に生じる応力を軽減することができる。これにより永久磁石の破壊や脱落が防止される。【００１３】
前記一対の磁歪部材は互いに平行に配置されたものであってよい。
互いに平行に配置された一対の磁歪部材に、永久磁石の挟持方向への曲げ力を加えると、一方の磁歪部材が圧縮され、他方の磁歪部材が伸張し、磁歪部材の磁化（磁束密度）が連続的に変化する。この磁歪部材の磁化（磁束密度）の連続的な変化によって、磁歪部材に巻き付けられたコイルに電圧が誘起され、起電力が生じることになる。【００１４】
なお、本発明は、必ずしも一対の磁歪部材が互いに平行に配置されたものでなくてもよい。また、曲げ力は、必ずしも永久磁石の挟持方向でなくてもよく、曲げ力を加えたときに、一方の磁歪部材が圧縮され、他方の磁歪部材が伸張するものであればよい。例えば、一対の磁歪部材は互いに傾いて配置されてもよい。【００１５】
前記弾性体は、磁性を有する弾性体であることが好ましい。【００１６】
上記の発電素子はダイナミックダンパーに使用することができる。この場合、前記第２の部材が前記第１の部材に対する慣性マス部材となる。
これにより、発電機能を備え、永久磁石の耐久性に優れたダイナミックダンパーを実現できる。【００１７】
また、本発明の別の形態のトーショナルダンパーは、回転駆動される回転軸に装着されるハブ部材と、このハブ部材の外径方向に所定距離離間して配置されたリング状の慣性マス部材と、前記ハブ部材と前記慣性マス部材との間に配置される発電素子とを備えたトーショナルダンパーであって、前記発電素子は、前記ハブ部材の外周に一端が保持され、前記慣性マス部材の内周に他端が保持され、前記回転軸の回転方向に互いに離間して配置された一対の磁歪部材と、前記一対の磁歪部材のうち少なくとも一方に巻きつけられたコイルと、前記一対の磁歪部材の前記ハブ部材側及び前記慣性マス部材側にそれぞれ配置された一対の永久磁石と、を備え、前記一対の永久磁石のそれぞれは、前記一対の磁歪部材の間に弾性体を介して挟持されている。【００１８】
これにより、発電機能を備え、永久磁石の耐久性に優れたトーショナルダンパーを実現できる。【００１９】
このトーショナルダンパーにおいて、前記一対の磁歪部材が、互いに平行に、又は、前記一対の磁歪部材同士の離間距離が前記ハブ部材側より前記慣性マス部材側が短くなるように配置されてもよい。【００２０】
このトーショナルダンパーにおいて、前記弾性体は磁性を有する弾性体であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、本発明によれば、永久磁石の脱落や破壊などを防止して耐久性を高めた発電素子、この発電素子を使用したダイナミックダンパーおよびトーショナルダンパーを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】本発明の一実施形態に係る発電素子の平面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの発電素子の側面図である。
【図２Ａ】一実施形態の発電素子の発電原理を説明するための平面図である。
【図２Ｂ】曲げ力（＋Ｐ）の受けたときの発電素子の動作を説明するための平面図である。
【図２Ｃ】曲げ力（−Ｐ）の受けたときの発電素子の動作を説明するための平面図である。
【図３】一実施形態の発電素子をバネ要素として用いたダイナミックダンパーの構成を示す平面図である。
【図４Ａ】一実施形態の発電素子をバネ要素として用いたトーショナルダンパーの構成を示す平面図である。
【図４Ｂ】図４ＡのトーショナルダンパーのＸ１−Ｘ２の断面図であって、ワイヤレス電力伝送系として電界結合方式を採用した断面図である。
【図５】ワイヤレス電力伝送系として磁界共鳴方式を採用したトーショナルダンパーの構成を示す断面図である。
【図６】一実施形態の発電素子の変形例を示す平面図である。
【図７】図５のトーショナルダンパーの構成の一部を変更した変形例を示す断面図である。
【図８】図４Ａのトーショナルダンパーにおける発電素子の取り付け構成を変更した変形例を示す平面図である。
【図９】図８のトーショナルダンパーにおける発電素子の取り付け構造を拡大して示す平面図である。
【図１０Ａ】図９のトーショナルダンパーにおける発電素子、インナー取り付け部品１およびアウター取り付け部品の接続関係を示す平面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａの側面図である。
【図１１】図９のＹ１−Ｙ１断面図である。
【図１２】図１１の部品分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
［発電素子の構成］
図１Ａは本発明の一実施形態に係る発電素子の平面図、図１Ｂは図１Ａの発電素子の右側面図である。
【００２４】
図１Ａおよび図１Ｂに示すように、発電素子１は、互いに対向して配置された第１の磁歪部材１１ａおよび第２の磁歪部材１１ｂと、第１のコイル１２ａおよび第２のコイル１２ｂと、第１の永久磁石１３１および第２の永久磁石１３２と、弾性体１４１、１４２、１４３、１４４とを備える。
【００２５】
第１の磁歪部材１１ａおよび第２の磁歪部材１１ｂは各々、例えば鉄コバルト合金や鉄ガリウム合金であるＧａｌｆｅｎｏｌで構成され、延性を有し、それぞれ同一サイズの板状に形成されたものである。より詳細には、第１の磁歪部材１１ａおよび第２の磁歪部材１１ｂは一定の厚み寸法ａを有し、この厚み寸法ａよりも大きい長さ寸法Ｈと幅寸法Ｗを有し、長さ寸法Ｈが幅寸法Ｗよりも大きい均一な長方形断面の長尺板である。
但し、第１の磁歪部材１１ａおよび第２の磁歪部材１１ｂは板状や長尺板状のものに限定されない。また、全長が均一な長方形断面である必要は必ずしもない。また、第１の磁歪部材１１ａおよび第２の磁歪部材１１ｂは、同一サイズであることが好ましいが、必要に応じて、サイズを変えることもできる。
【００２６】
第１の磁歪部材１１ａおよび第２の磁歪部材１１ｂは、各々の主面同士を対向させて互いに所定距離を置いて配置される。主面同士を対向して配置した第１の磁歪部材１１ａおよび第２の磁歪部材１１ｂを、以降「一対の磁歪部材１１ａ、１１ｂ」と呼ぶ。なお、図１Ｂは発電素子１を主面側より見た側面図である。
【００２７】
一対の磁歪部材１１ａ、１１ｂの間には２つの永久磁石１３１、１３２が互いに磁歪部材１１ａ、１１ｂの長手方向において離間した２箇所の位置に配設される。これら２つの永久磁石１３１、１３２のうち一方を「第１の永久磁石１３１」、他方を「第２の永久磁石１３２」と呼ぶ。
【００２８】
第１の永久磁石１３１および第２の永久磁石１３２は、一対の磁歪部材１１ａ、１１ｂの間に互いに極性を逆向きにして配置される。すなわち、第１の永久磁石１３１は第１の磁歪部材１１ａの側にＮ極を有し、第２の磁歪部材１１ｂの側にＳ極を有する。第２の永久磁石１３２は第１の磁歪部材１１ａの側にＳ極を有し、第２の磁歪部材１１ｂの側にＮ極を有する。
なお、第１の永久磁石１３１および第２の永久磁石１３２の磁極の向きは上記の向きと逆であってもよい。
【００２９】
第１の永久磁石１３１と第１の磁歪部材１１ａとの間には弾性体１４１が配設される。その他同様に、第１の永久磁石１３１と第２の磁歪部材１１ｂとの間、第２の永久磁石１３２と第１の磁歪部材１１ａとの間、そして第２の永久磁石１３２と第２の磁歪部材１１ｂとの間にも弾性体１４２、１４３、１４４が配設される。弾性体１４１、１４２、１４３、１４４は例えば接着剤などによって、永久磁石１３１、１３ｂおよび磁歪部材１１ａ、１１ｂ各々の被接着面に接着される。あるいは、接着剤を用いず、もしくは接着剤による接着と共に凹凸形状などによる係止によって弾性体が配設されてもよい。接着剤には弾性体と同種ゴムからなるゴム糊が用いられてもよい。
【００３０】
すなわち、第１の永久磁石１３１は第１の磁歪部材１１ａと第２の磁歪部材１１ｂとの間に弾性体１４１、１４４による弾性をもって挟持される。同様に第２の永久磁石１３２は第１の磁歪部材１１ａと第２の磁歪部材１１ｂの間に弾性体１４２、１４３による弾性をもって挟持される。
【００３１】
弾性体１４１、１４２、１４３、１４４は、強磁性体または常磁性体の磁性体粒子を含むゴムなどの弾性材料で構成される。より詳細には、弾性体１４１、１４２、１４３、１４４は、永久磁石１３１、１３ｂおよび磁歪部材１１ａ、１１ｂとの接合面に対して直交する方向に磁力線の方向が配向された磁気異方性を有するものである。あるいは、弾性体１４１、１４２、１４３、１４４は、等方性のゴム磁石であってもよい。
【００３２】
以上のように構成された発電素子１では、第１の磁歪部材１１ａ、第２の磁歪部材１１ｂ、第１の永久磁石１３１、第２の永久磁石１３２および各弾性体１４１、１４２、１４３、１４４により、図１に矢印で示されるような磁気ループ１００が形成される。
【００３３】
そして、第１の磁歪部材１１ａには第１のコイル１２ａが巻き付けられ、同様に第２の磁歪部材１１ｂには第２のコイル１２ｂが巻き付けられる。第１のコイル１２ａおよび第２のコイル１２ｂは、一対の磁歪部材１１ａ、１１ｂの長手方向において第１の永久磁石１３１が配置された位置と第２の永久磁石１３２が配置された位置の間に巻き付けられる。
【００３４】
第１のコイル１２ａおよび第２のコイル１２ｂはそれぞれ、例えばアルミ導線などで構成される。コイルの巻き数、線径は第１のコイル１２ａと第２のコイル１２ｂで同一であってもよいし、異なっていてもよい。第１のコイル１２ａおよび第２のコイル１２ｂは、例えば、樹脂によって一体化されてもよい。
【００３５】
［発電素子の動作］
図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃは発電素子１の発電の原理を説明する図である。
図２Ａに示すように、発電素子１では、第１の磁歪部材１１ａおよび第２の磁歪部材１１ｂに磁化方向の応力が発生すると、逆磁歪効果により第１の磁歪部材１１ａおよび第２の磁歪部材１１ｂの磁化の状態が変化、すなわち磁束密度が変化する。この磁束密度の変化によって第１のコイル１２ａおよび第２のコイル１２ｂに起電力が発生する。これが発電素子１の発電原理である。
【００３６】
より詳細には、図２Ａに示すように、一対の磁歪部材１１ａ、１１ｂの一端部１１０は第１の部材２に保持される。一方、一対の磁歪部材１１ａ、１１ｂの他端部１１１は、磁歪部材１１ａ、１１ｂの主面に対して垂直な方向に振動する第２の部材３に保持される。第２の部材３が磁歪部材１１ａ、１１ｂの主面に対して垂直な方向に振動すると、一対の磁歪部材１１ａ、１１ｂの他端部１１１が振動方向の曲げ力（＋Ｐ）、（−Ｐ）を受けて振動する。
【００３７】
また、このとき一対の磁歪部材１１ａ、１１ｂは変形する。すなわち、図２Ｂに示すように、図中左方向の曲げ力（＋Ｐ）を受けたとき第１の磁歪部材１１ａに長さ方向の圧縮力が加わって第１の磁歪部材１１ａが圧縮され、第２の磁歪部材１１ｂには長さ方向の引張り力が加わって第２の磁歪部材１１ｂが伸張される。
【００３８】
また、図２Ｃに示すように、図中右方向の曲げ力（−Ｐ）を受けたときは第１の磁歪部材１１ａに長さ方向の引張り力が加わって第１の磁歪部材１１ａが伸張され、第２の磁歪部材１１ｂには長さ方向の圧縮力が加わって第２の磁歪部材１１ｂが圧縮されるる。
【００３９】
これにより、第１の磁歪部材１１ａおよび第２の磁歪部材１１ｂの磁化が連続的に変化し、第１のコイル１２ａおよび第２のコイル１２ｂに起電力が生じる。
【００４０】
［弾性体の役割について］
第１の磁歪部材１１ａと第２の磁歪部材１１ｂとの間に配置された第１の永久磁石１３１および第２の永久磁石１３２には、磁歪材料の特性に適した適正な磁力を発生させるためにネオジム磁石やフェライト磁石などが使用される。ここで、ネオジム磁石などの剛性を有する永久磁石を第１の磁歪部材１１ａと第２の磁歪部材１１ｂとの間に直接密着させて配置した場合、発電中に、一対の磁歪部材１１ａ、１１ｂの変形に伴って第１の永久磁石１３１および第２の永久磁石１３２にストレスが加わり、第１の永久磁石１３１および第２の永久磁石１３２の破壊や脱落が生じるおそれがある。
【００４１】
本実施形態では、第１の永久磁石１３１が、第１の磁歪部材１１ａと第２の磁歪部材１１ｂの対向面の間に弾性体１４１、１４４による弾性をもって挟持され、第２の永久磁石１３２も第１の磁歪部材１１ａと第２の磁歪部材１１ｂの対向面の間に弾性体１４２、１４３による弾性をもって挟持される。このため発電中に変形した第１の磁歪部材１１ａおよび第２の磁歪部材１１ｂの変形は、弾性体１４１、１４２，１４３，１４４により吸収され、第１の永久磁石１３１および第２の永久磁石１３２にストレスが加わらなくなり、第１の永久磁石１３１および第２の永久磁石１３２の破壊や脱落が防止される。したがって、耐久性に優れる発電素子１を実現できる。
【００４２】
なお、弾性体１４１、１４２、１４３、１４４は、強磁性体または常磁性体の磁性体粒子を含むゴムなどの弾性材料で構成されることが好ましい。これにより、永久磁石と磁化された磁歪材料との距離が大きく離間せず、磁気ループを弱めることなく維持することができる。
【００４３】
［発電素子を用いたダイナミックダンパー］
上記の発電素子１はダイナミックダンパーのバネ要素として用いることができる。
図３は、上記の発電素子１をバネ要素として用いたダイナミックダンパー１Ａの構成を示す図である。
【００４４】
このダイナミックダンパー１Ａでは、発電素子１の一対の磁歪部材１１ａ、１１ｂの一端部１１０が制振対象部材２Ａに保持され、他端部１１１が慣性マス部材３Ａに保持される。
【００４５】
ここで、発電素子１のバネ定数と慣性マス部材３Ａの質量は、制振対象部材２Ａの固有振動数で制振対象部材２Ａの振動が零もしくは減衰されるように適切に選定される。
【００４６】
ダイナミックダンパー１Ａでは、制振対象部材２Ａの固有振動数による大きな振動が２つの固有振動数によるより小さな振動に分散されることによって制振対象部材２Ａの振動が減衰される。このとき慣性マス部材３Ａは、磁歪部材１１ａ、１１ｂの主面に対して垂直な方向に振動し、一対の磁歪部材１１ａ、１１ｂの他端部１１１が振動方向の曲げ力（＋Ｐ）、（−Ｐ）を受けて連続的に振動する。このとき一対の磁歪部材１１ａ、１１ｂが変形し、第１のコイル１２ａおよび第２のコイル１２ｂに起電力が発生する。つまり、ダイナミックダンパーは、慣性マス部材３Ａを共振させることによって、制振対象部材２Ａの振動を除去するものであるから、本発明に係る発電素子１を適用したダイナミックダンパー１Ａは、制振対象部材２Ａの振動を除去するとともに、効率的に振動エネルギーを電気エネルギーに変換することができるものである。
【００４７】
このように発電素子１をダイナミックダンパー１Ａのバネ要素として用いることによって発電機能を備えたダイナミックダンパー１Ａを実現できる。
【００４８】
［発電素子を用いたトーショナルダンパー］
上記の発電素子１はトーショナルダンパーのバネ要素として用いることができる。
図４Ａは上記の発電素子１をバネ要素として用いたトーショナルダンパー１Ｂの構成を示す平面図、図４Ｂはこのトーショナルダンパー１ＢのＸ１−Ｘ２断面図である。
【００４９】
図４Ａおよび図４Ｂに示すように、このトーショナルダンパー１Ｂは、エンジンのクランク軸やカムシャフトなどの図示しない回転軸に固着されるリング状のハブ部材２Ｂを備える。ハブ部材２Ｂはハブ穴２１を有し、このハブ穴２１に回転軸が嵌め込まれた状態で回転軸と一体化される。ハブ部材２Ｂの径方向は、回転軸の軸Ｃ１（図４Ｂ参照）方向に対して垂直方向となっている。
【００５０】
ハブ部材２Ｂの半径方向の外側部には、ハブ部材２Ｂと同軸的な位置関係でリング状の慣性マス部材３Ｂが半径方向に所定距離離間して配置される。ハブ部材２Ｂと慣性マス部材３Ｂは複数の発電素子１によって互いに連結される。各々の発電素子１は、例えば、回転軸の回転方向（ハブ部材２Ｂの回転方向）において互いに均等な角度間隔に配設される。本例では、４つの発電素子１が９０度間隔で配設される。各々の発電素子１において、一対の磁歪部材１１ａ、１１ｂは、回転軸の中心Ｃ（ハブ部材２Ｂの中心Ｃ）から一対の磁歪部材１１ａ、１１ｂの中間を通過する放射線Ｒ１または放射線Ｒ２に対して平行な向きとなるように配置される。
【００５１】
自動車などのエンジンに装置着されるトーショナルダンパーは、エンジンの燃焼室内の爆発的燃焼によって生じる衝撃力によって、回転軸に励起される回転脈動（ねじり振動）に対し、リング状の慣性マス部材３Ｂが、ハブ側部材に対した共振振動することで、回転軸の捩り振動を除去するものであるから、本発明に係る発電素子１を適用したトーショナルダンパー１Ｂは、回転軸の捩り振動を除去するとともに、効率的に振動エネルギーを電気エネルギーに変換することができるものである。
【００５２】
なお、トーショナルダンパー１Ｂにおける発電素子１の数は必ずしも４つである必要はない。４つよりも少なくてもよく、また、５つ以上であってもよい。また、複数の発電素子１は、必ずしも回転軸の回転方向（ハブ部材２Ｂの回転方向）において互いに均等な角度間隔に配設される必要はない。
【００５３】
一対の磁歪部材１１ａ、１１ｂの一端部１１０はハブ部材２Ｂの外周部に設けられた凹部２１Ｂに嵌め込まれて保持され、他端部１１１はリング状の慣性マス部材３Ｂの内周部に設けられた凹部３１Ｂに嵌め込まれて保持される。
【００５４】
また、ハブ部材２Ｂの外周側には、ハブ部材２Ｂに対して同軸的にクランクプーリー４（図４Ｂ参照）が嵌合等により固着される。クランクプーリー４とリング状の慣性マス部材３Ｂはハブ部材２Ｂの軸Ｃ１方向に互いに僅かな隙間を置いて並設される。クランクプーリー４は、外周にＶベルト溝４１を有するプーリー部４２と、プーリー部４２と一体に形成され、ハブ部材２Ｂへの嵌め込みのための穴部４３が中央部に設けられたドーナツ板形の連結部４４とを備える。これらドーナツ板形の連結部４４とプーリー部４２によって、クランクプーリー４内には軸Ｃ１方向の一端が開口した円柱形の空間４５が形成される。
【００５５】
このクランクプーリー４内の空間４５には、各発電素子１で得られた電力を、トーショナルダンパー１Ｂに対して機械的に独立した固定側にワイヤレスで伝送するためのワイヤレス電力伝送系が配置される。ここで、例として電界結合方式によるワイヤレス電力伝送系が採用された場合を説明する。
【００５６】
電界結合方式によるワイヤレス電力伝送系は、トーショナルダンパー１Ｂの回転部例えばクランクプーリー４やハブ部材２Ｂに固着され、これらの回転部と一体で回転する送電電極保持部材５１に保持された送電電極５２と、この送電電極５２に近接対向して配設された受電電極５３とを備える。受電電極５３はトーショナルダンパー１Ｂに対して機械的に独立した固定側の電極保持部材５４に保持される。
【００５７】
各発電素子１のコイル１２ａ、１２ｂに発生する起電力はライン５５を通じて送電回路モジュール５６に印加される。送電回路モジュール５６は、印加された電圧から送電電極５２を駆動するための高周波の交流電圧を生成し、ライン５７を通じて送電電極５２に印加する。これにより送電電極５２と受電電極５３との間に電界が発生し、この電界を介して電力が伝送される。一方、受電電極５３はライン５８を通じて受電回路モジュール５９と接続される。受電回路モジュール５９は、送電側より送電された電力からバッテリ充電用の直流電流を生成し、ライン６０を通じて図示しないバッテリに供給する。
【００５８】
上記の送電電極５２、受電電極５３、送電回路モジュール５６および受電回路モジュール５９はクランクプーリー４内の空間４５に配置される。これによりワイヤレス電力伝送系の占有スペースを大幅に低減でき、小型化を図ることができる。
【００５９】
なお、ワイヤレス電力伝送系は電界結合方式に限らず、磁界共鳴方式、磁界結合方式、その他の方式を採用してもよい。
【００６０】
図５はワイヤレス電力伝送系として磁界共鳴方式を採用したトーショナルダンパー１Ｃの構成を示す断面図である。
このトーショナルダンパー１Ｃは、トーショナルダンパー１Ｃの回転部例えばクランクプーリー４やハブ部材２Ｂに固着され、これらの回転部とともに回転するコイル保持部材６１に配設された送電コイル６２と、この送電電極５２に近接対向して配設された受電コイル６３とを備える。受電コイル６３は、トーショナルダンパー１Ｃに対して機械的に独立した固定側のコイル保持部材６４に保持される。このように対向して配置されたコイル６３、６４間で磁界共鳴による電力伝送が行われる。
【００６１】
この磁界共鳴方式を採用したトーショナルダンパー１Ｃにおいても、上記の送電コイル６２、受電コイル６３、磁界共鳴方式に対応した送電回路モジュール６６および受電回路モジュール６９はクランクプーリー４内の空間４５に配置されることによって、ワイヤレス電力伝送系の占有スペースを大幅に低減でき、小型化を図ることができる。
【００６２】
［変形例１］
上記の実施形態の発電素子１では、一対の磁歪部材１１ａ、１１ｂが互いに平行に配置されることとしたが、本発明はこれに限定されない。
【００６３】
例えば、図６に示すように、一対の磁歪部材１１ａ、１１ｂの第１の部材２、制振対象部材２Ａまたはハブ部材２Ｂが保持される側の一端部１１０から他端部１１１に近付くにつれて主面同士の間隔が短くなるように、各磁歪部材１１ａ、１１ｂが互いに斜めに配置されてもよい。
【００６４】
［変形例２］
図７は、図５に示したトーショナルダンパー１Ｃの構成の一部を変更したトーショナルダンパー１Ｄの構成を示す側面断面図である。
このトーショナルダンパー１Ｄは、リング状の慣性マス部材３Ｂの外周部にＶベルト溝４１ａを設けてクランクプーリー４ａとして構成されたものである。
【００６５】
［変形例３］
上記の各トーショナルダンパー１Ｂ、１Ｃのハブ部材２Ｂや慣性マス部材３Ｂには通常、鋳物や機械構造用炭素鋼などの鉄系材が用いられる。この鋳物や機械構造用炭素鋼は一般的に磁性体であるため、ハブ部材２Ｂおよび慣性マス部材３Ｂに、上記の発電素子１の第１の磁歪部材１１ａと第２の磁歪部材１１ｂの両端部が各々直接取り付けられた場合、発電素子１の磁気ループからハブ部材２Ｂ側および慣性マス部材３Ｂ側へ磁束が漏れて発電素子１の効率が低下するおそれがある。そこでハブ部材２Ｂおよび慣性マス部材３Ｂを非磁性体であって、且つ、鋳物や機械構造用炭素鋼に対して、慣性マスが大きく低下しないステンレス材などにより製作することが望まれるが、素材的に高価であるため、コストを大きくつり上げることとなる。
【００６６】
本変形例では、磁性体からなるハブ部材２Ｂおよび慣性マス部材３Ｂを用いた場合であっても、発電素子１の磁気ループからハブ部材２Ｂ側および慣性マス部材３Ｂ側への磁束の漏れを抑制することのできるトーショナルダンパーの構造について説明する。
【００６７】
図８は本変形例のトーショナルダンパー１Ｅの全体的な構成を示す平面図、図９は本変形例のトーショナルダンパー１Ｅにおける発電素子１の取り付け構造を拡大して示す平面図である。
これらの図に示すように、本変形例のトーショナルダンパー１Ｅにおいて、発電素子１は、ハブ部材２Ｂと慣性マス部材３Ｂとの間に、非磁性体からなる取り付け部品（インナー取り付け部品７１およびアウター取り付け部品７２）を介して取り付けられる。非磁性体としては、例えば、オーステナイト系の非磁性体のステンレス材などが用いられる。また、慣性マス部材３Ｂに対して、取り付け部品の体積割合を小さくできるため、この取り付け部品に軽量材を採用してもトーショナルダンパー１Ｅの慣性マスへの影響が小さい。従って、取り付け部品の素材として、非磁性体であって強度的に充足できるものであれば、アルミ材や樹脂材などを使用することもできる。
【００６８】
図１０Ａは発電素子１、インナー取り付け部品７１およびアウター取り付け部品７２の接続関係を示す平面図、図１０Ｂは図１０Ａの側面図である。
同図に示すように、インナー取り付け部品７１には、発電素子１の一対の磁歪部材１１ａ、１１ｂの各々のインナー側の一端部１１０ａ、１１０ｂが圧入される２つの凹部７１ａ、７１ｂが設けられる。また、アウター取り付け部品７２にも、同様に、発電素子１の一対の磁歪部材１１ａ、１１ｂの各々のアウター側の一端部１１１ａ、１１１ｂが圧入される２つの凹部７２ａ、７２ｂが設けられる。なお、図１０Ａ、図１０Ｂに示す凹部７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂは、インナー側の一端部１１０ａ、１１０ｂ及びアウター側の一端部１１１ａ、１１１ｂの形状に合わせて、溝穴状に形成されているが、加工容易化のため、インナー取り付け部品７１及びアウター取り付け部品７２をトーショナルダンパー１Ｅの回転軸方向に全通又は半通する溝として形成してもよい。
【００６９】
このように、発電素子１は、一対の磁歪部材１１ａ、１１ｂの各々のインナー側の一端部１１０ａ、１１０ｂが各々、インナー取り付け部品７１の２つの凹部７１ａ、７１ｂに圧入されることによってインナー取り付け部品７１と結合され、一対の磁歪部材１１ａ、１１ｂの各々のアウター側の一端部１１１ａ、１１１ｂが各々、アウター取り付け部品７２の２つの凹部７２ａ、７２ｂに圧入されることによってアウター取り付け部品７２と結合される。このように発電素子１、インナー取り付け部品７１およびアウター取り付け部品７２が互いに結合されて一体化されたものを、以降において適宜「取り付け部品付き発電素子」と呼ぶ。
【００７０】
取り付け部品付き発電素子は、ハブ部材２Ｂにインナー取り付け部品７１が固定され、慣性マス部材３Ｂにアウター取り付け部品７２が固定されることによって、ハブ部材２Ｂと慣性マス部材３Ｂとに両端部が保持される。
【００７１】
図１１は図９のＹ１−Ｙ１断面図、図１２は図１１の部品分解図である。
これらの図に示すように、ハブ部材２Ｂは、インナー取り付け部品７１が嵌め込まれるようにインナー取り付け部品７１の外形に対応させた空間形状を有するインナー取り付け部品保持部８２と、インナー取り付け部品保持部８２にインナー取り付け部品７１を固定するための締結構造とを有する。インナー取り付け部品保持部８２は、インナー取り付け部品７１を、ハブ部材２Ｂの軸Ｃ１回りの＋−両方向から押さえる２つの面８４、８５と（図９を参照）、ハブ部材２Ｂの軸Ｃ１方向片側から押さえる面８６（図１１、図１２を参照）と、ハブ部材２Ｂの軸Ｃ１方向に対して直交する一方向から押さえる面８７を有する。インナー取り付け部品７１は、インナー取り付け部品保持部８２の上記４つの面８４、８５、８６、８７に、インナー取り付け部品７１自身の４つの面９１、９２、９３、９４（図１０Ａ、図１０Ｂ、図１１、図１２を参照）を各々合わせた状態で、締結構造による締結によって、ハブ部材２Ｂに固定される。
【００７２】
インナー取り付け部品保持部８２にインナー取り付け部品７１を固定するための締結構造には、例えば２つのボルト８３、８３などが用いられる。ハブ部材２Ｂの、インナー取り付け部品７１を軸Ｃ１方向片側から押さえる面８６を有する部位８８（図１１、図１２を参照）には、その第３の面８６に一端が開口するボルト挿通穴８９がハブ部材２Ｂの軸Ｃ１方向に沿って設けられている。一方、インナー取り付け部品７１には内周面にネジ溝を有するボルト受け穴７３がハブ部材２Ｂの軸Ｃ１方向に沿って設けられている。ハブ部材２Ｂのインナー取り付け部品保持部８２にインナー取り付け部品７１が適切な位置状態で嵌め込まれると、ハブ部材２Ｂのボルト挿通穴８９とインナー取り付け部品７１のボルト受け穴７３とが同軸に揃う。この状態で、ハブ部材２Ｂのボルト挿通穴８９の側からボルト８３を挿入し、インナー取り付け部品７１のボルト受け穴７３に螺合することによって、ハブ部材２Ｂのインナー取り付け部品保持部８２にインナー取り付け部品７１が固定される。
【００７３】
図１１および図１２に示すように、慣性マス部材３Ｂは、アウター取り付け部品７２が嵌め込まれるようにアウター取り付け部品７２の外形に対応させた空間形状を有するアウター取り付け部品保持部１８２と、このアウター取り付け部品保持部１８２にアウター取り付け部品７２を固定するための締結構造とを有する。アウター取り付け部品保持部１８２は、アウター取り付け部品７２を、ハブ部材２Ｂの軸Ｃ１回りの＋−両方向から押さえる２つの面１８４、１８５と（図９を参照）、ハブ部材２Ｂの軸Ｃ１方向片側から押さえる面１８６と（図１１、図１２を参照）、ハブ部材２Ｂの軸Ｃ１方向に対して直交する一方向から押さえる面１８７を有する。アウター取り付け部品７２は、アウター取り付け部品保持部１８２の上記４つの面１８４、１８５、１８６、１８７に、アウター取り付け部品７２自身の４つの面１９１、１９２、１９３、１９４（図１０Ａ、図１０Ｂ、図１１、図１２を参照）を各々合わせた状態で、締結構造による締結によって、慣性マス部材３Ｂに固定される。
【００７４】
アウター取り付け部品保持部１８２にアウター取り付け部品７２を固定するための締結構造には、例えば２つのボルト１８３、１８３などが用いられる。慣性マス部材３Ｂの、アウター取り付け部品７２を軸Ｃ１方向片側から押さえる面１８６を有する部位１８８（図１１、図１２を参照）には、その面１８６に一端が開口するボルト挿通穴１８９がハブ部材２Ｂの軸Ｃ１方向に沿って設けられている。一方、アウター取り付け部品７２には、内周面にネジ溝を有するボルト受け穴１７３がハブ部材２Ｂの軸Ｃ１方向に沿って設けられている。慣性マス部材３Ｂのアウター取り付け部品保持部１８２にアウター取り付け部品７２が適切な位置状態で嵌め込まれると、慣性マス部材３Ｂのボルト挿通穴１８９とアウター取り付け部品７２のボルト受け穴１７３とが同軸に揃う。この状態で、慣性マス部材３Ｂのボルト挿通穴１８９の側からボルト１８３を挿入し、アウター取り付け部品７２のボルト受け穴１７３に螺合することによって、ハブ部材２Ｂのアウター取り付け部品保持部１８２にアウター取り付け部品７２が固定される。
【００７５】
このように、本変形例３では、非磁性体からなるインナー取り付け部品７１およびアウター取り付け部品７２を介して、発電素子１をハブ部材２Ｂと慣性マス部材３Ｂとの間に固定したことによって、ハブ部材２Ｂおよび慣性マス部材３Ｂが磁性材料で構成されたものであっても、発電素子１の磁気ループからハブ部材２Ｂ側および慣性マス部材３Ｂ側へ磁束が漏れることを阻止することができ、発電素子１の効率が低下することを防止することができる。
【００７６】
なお、変形例３の非磁性体からなるインナー取り付け部品７１およびアウター取り付け部品７２を介して、発電素子１をハブ部材２Ｂと慣性マス部材３Ｂとの間に固定する構造は、変形例２のリング状の慣性マス部材３Ｂの外周部に、Ｖベルト溝４１ａを有するクランクプーリー４ａを設けたトーショナルダンパー１Ｄにも応用することが可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１…発電素子
１Ａ…ダイナミックダンパー
１Ｂ…トーショナルダンパー
２…第１の部材
２Ａ…制振対象部材
２Ｂ…ハブ部材
３…第２の部材
３Ａ…慣性マス部材
３Ｂ…リング状の慣性マス部材
１１ａ…第１の磁歪部材
１１ｂ…第２の磁歪部材
１２ａ…第１のコイル
１２ｂ…第２のコイル
７１…インナー取り付け部品
７２…アウター取り付け部品
１３１…第１の永久磁石
１３２…第２の永久磁石
１４１、１４２、１４１．１４４…弾性体
【図１Ａ】
2017038750.tif 000003
【図１Ｂ】
2017038750.tif 000004
【図２Ａ】
2017038750.tif 000005
【図２Ｂ】
2017038750.tif 000006
【図２Ｃ】
2017038750.tif 000007
【図３】
2017038750.tif 000008
【図４Ａ】
2017038750.tif 000009
【図４Ｂ】
2017038750.tif 000010
【図５】
2017038750.tif 000011
【図６】
2017038750.tif 000012
【図７】
2017038750.tif 000013
【図８】
2017038750.tif 000014
【図９】
2017038750.tif 000015
【図１０Ａ】
2017038750.tif 000016
【図１０Ｂ】
2017038750.tif 000017
【図１１】
2017038750.tif 000018
【図１２】
2017038750.tif 000019
【国際調査報告】
2017038750.tif 000020
2017038750.tif 000021
2017038750.tif 000022
2017038750.tif 000023